生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱及其制法与应用的制作方法

文档序号:11102588阅读:来源:国知局

技术特征:

1.生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱,其特征在于:包括铝酸锶钽镧衬底,生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱模板层,生长在GaN纳米柱模板层上的GaN纳米柱阵列。

2.根据权利要求1所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱,其特征在于:所述铝酸锶钽镧衬底即La0.3Sr1.7AlTaO6衬底以(111)面偏(100)方向0.5~1°为外延面;晶体外延取向关系为:GaN的(0001)面平行于La0.3Sr1.7AlTaO6衬底的(111)面。

3.根据权利要求1所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱,其特征在于:所述GaN纳米柱模板层中GaN的(0001)面平行于铝酸锶钽镧衬底即La0.3Sr1.7AlTaO6衬底的(111)面。

4.根据权利要求1所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱,其特征在于:所述GaN纳米柱模板层为纳米柱阵列,GaN纳米柱模板层的厚度为0.3~4μm;所述模板层的纳米柱的平均直径为200~500nm,纳米柱之间的平均间距为450~600nm。

5.根据权利要求1所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱,其特征在于:所述GaN纳米柱阵列中纳米柱的厚度为0.2~2μm。

6.根据权利要求1所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱,其特征在于:所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱还包括隔离层,所述隔离层沉积在未被GaN纳米柱模板层覆盖的衬底上或GaN纳米柱模板层的侧壁和未被GaN纳米柱模板层覆盖的衬底上。

7.根据权利要求6所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱,其特征在于:所述隔离层的材料为SiNx;所述隔离层的厚度为30~200nm。

8.根据权利要求1~7任一项所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:

(1)衬底以及其晶向的选取:采用La0.3Sr1.7AlTaO6衬底,以(111)面偏(100)方向0.5~1°为外延面,晶体外延取向关系为:GaN的(0001)面平行于La0.3Sr1.7AlTaO6衬底的(111)面;

(2)衬底表面抛光、清洗以及退火处理:衬底退火处理:将衬底放入退火室内,在800~900℃下对La0.3Sr1.7AlTaO6衬底进行退火处理0.5~1h;

(3)GaN预制层外延生长:衬底温度控制在450~550℃,在反应室的压力为5.0~8.0×10-9Pa,衬底转速为5~10r/min,靶基距为50~80mm,同时脉冲激光沉积(PLD)中激光波长为248nm,激光能量为220~280mJ/cm2,频率10~30Hz,氮的等离子体流量为3~10sccm,RF活化功率为200~500W,使用高能激光轰击陶瓷GaN靶的条件下生长GaN缓冲层即GaN预制层;所述GaN预制层的厚度为0.3~4μm;

(4)GaN纳米柱模板层的制备:通过采用TracePro软件设计并优化纳米柱的排布,再利用ICP刻蚀技术将GaN预制层刻蚀成GaN纳米柱模板层,模板层的纳米柱的平均直径为200~500nm,纳米柱之间的平均间距在450~600nm;所述GaN纳米柱模板层的厚度为0.3~4μm;

(5)隔离层的制备:利用PECVD技术在GaN纳米柱模板层和未被模板层的纳米柱覆盖的衬底上沉积隔离层,再刻蚀掉模板层的纳米柱上面的隔离层,留下GaN纳米柱模板层侧壁和未被模板层的纳米柱覆盖的衬底上的隔离层,以防止GaN颗粒沉积在间隙位置;隔离层的厚度为30~200nm;

(6)GaN纳米柱阵列的制备:衬底温度控制在700~900℃,衬底转速为5~10r/min,靶基距为50~80mm,同时PLD中激光波长为248nm,激光能量为220~340mJ/cm2,频率10~30Hz,氮的等离子体流量为3~10sccm,RF活化功率为200~500W,使用高能激光轰击陶瓷GaN靶的条件下在GaN纳米柱模板层上生长GaN纳米柱阵列;所述GaN纳米柱阵列中纳米柱的厚度为0.2~2μm。

9.根据权利要求8所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱的制备方法,其特征在于:所述衬底表面抛光是指将La0.3Sr1.7AlTaO6衬底表面用金刚石泥浆进行抛光,配合光学显微镜观察衬底表面,直到没有划痕后,再采用化学机械抛光的方法进行抛光处理;

衬底清洗是指将La0.3Sr1.7AlTaO6衬底用甲苯、丙酮、乙醇分别对衬底进行标准超声清洗各10min,去离子水反复冲洗10min,之后用V(H2SO4)∶V(H2O2)∶V(H2O)=4∶1∶1的混合液浸泡10min以去除表面残留物和氧化层去除表面有机物,再用去离子水反复清洗干净后,最后用高纯干燥氮气吹干。

10.根据权利要求1~7任一项所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱的应用,其特征在于:所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱用于制备LED、光电探测器和太阳能电池。

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