[发明专利]一种GaN纳米花的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，特别涉及一种制备GaN纳米花的方法。

背景技术

GaN纳米材料因其具有比较大的比表面积，使其具有量子效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，在光学、电学、催化、信息存储等领域具有广泛的应用前景。GaN的纳米结构，包括纳米晶、量子点、纳米线、纳米棒、纳米环、纳米带等结构，体现出不同的性能，吸引了众多的研究。GaN纳米结构的合成通常采用化学气相沉积(CVD)、金属有机物气相外延(MOVPE)、分子束外延(MBE)、氢化物气相外延(HVPE)等。1996年，Goodwin小组首次报道了生长于硅胶孔中的GaN纳米晶，他们将二聚二甲基镓二苯胺嵌入硅胶孔中，然后采用化学热解生产GaN纳米晶。同年，钱逸泰小组利用苯热法合成了GaN纳米晶粒，成果发表在美国著名期刊Science上。他们首先将适量的GaCl₃苯溶液和Li₃N粉放入带有银内衬的高压釜中，加入苯至总容量的75％，后将高压釜于280℃保温6h～12h后冷却至室温。将黑色沉积物用纯乙醇清洗以去除GaCl₃。最后在100℃真空下干燥，即可得到平均粒径为32nm的GaN颗粒。Goodwin等报道了用反应激光烧蚀法合成GaN量子点。Tanaka和他的同事们利用金属有机化学沉积法在6H-SiC(0001)基片上成功制备出GaN量子点。1997年，清华大学范守善等人第一次报道，利用碳纳米管作为模板，诱导生长出了直径19.4nm均匀有序的单晶GaN纳米棒，并观察到蓝光发光峰，该成果发表在美国著名期刊Science上。2003年Joshhua Goldberger等用在(110)蓝宝石上沉积的ZnO纳米线做模板，利用镓和氨做反应源，氩或氮做输运气体，沉积温度为600～700℃，制备出单晶GaN纳米管，并发表在Nature上。此外，Cheng等人采用氧化铝模板法，在阳极铝模板上组装出了高度有序的GaN纳米线。Dung和Lieber基于气—液—固(VLS)生长机制采用激光辅助催化反应工艺来合成GaN纳米线。2000年美国Howard大学的M.He等直接以金属Ga与NH₃反应制备出GaN纳米管及纳米线。2002年，李镇江课题组用金属Ga和氨气直接反应制备出了GaN纳米棒、纳米线、纳米带和纳米环。

总之，不同GaN纳米结构的制备受到广泛的研究和重视，然而关于GaN纳米花的研究却鲜有报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种GaN纳米花的制备方法，为一种新型GaN纳米结构，该方法使用等离子辅助RF-MBE在顶部具有六棱锥结构的GaN纳米柱顶端同质外延生长出GaN纳米花。

本发明的一种GaN纳米花的制备方法，包括以下步骤：

b.在蓝宝石衬底背面镀一层以增加吸热的Ti层，在衬底上生长一层GaN外延层后沉积一层SiO₂，再涂上光刻胶，然后将模板放在胶上并施加压强至压印胶充满模板空隙后固化处理；

b.通过反应离子束刻蚀：先以压印胶为掩膜使用CF₄气等离子体刻蚀SiO₂将图形转移到SiO₂上，然后再以SiO₂作为掩膜使用Cl₂和BCl₃以及Ar气的等离子体各向同性刻蚀GaN，最终得到蓝宝石衬底上的GaN纳米柱阵列图形化衬底；

c.将制备的GaN图形化衬底用射频等离子辅助RF-MBE技术在纳米压印GaN纳米柱上再生长GaN纳米花,MBE所用Ga源和N源的纯度均为4～8N，气体流量比为1:8～14，生长温度为450～950℃，压强为2.0×10^-7～1.6×10^-4torr，射频功率为300～600W，生长时间为2～8h，得到六棱锥顶端生长有GaN纳米花结构的GaN纳米柱阵列；

进一步，步骤a中，采用MOCVD法生长GaN外延层，采用PECVD法沉积一层SiO₂，用旋转涂胶的方法涂上一层高分子聚合物，涂胶的旋转速度为5500～6500r/min，胶厚为1.45～1.6μm，并在温度为85～105℃下烘片2～6分钟，然后将模板放在胶上并施加压强为20～30个大气压；

进一步，步骤a中涂胶的旋转速度为6000r/min，胶厚为1.54μm，并在温度为95℃下烘片4分钟，施加压强为25个大气压；