[发明专利]一种无应力InN纳米线生长方法

说明书

一种制备无应力InN纳米线的方法，利用CVD设备升华法生长InN纳米线；衬底采用蓝宝石、硅或石英玻璃、GaN/蓝宝石(硅)，衬底清洗后，先覆盖单层或多层石墨烯薄膜；将覆有石墨烯薄膜的衬底表面沉积Au，放入CVD管式炉生长系统中，开始InN纳米线生长；常压，生长温度：500–800℃；高纯N₂作为载气先吹扫管式炉去除空气等，然后持续通气保护InN纳米线外延，生长期间总N₂载气流量0‑5slm；In源采用常规的高纯金属铟升华铟蒸汽和高纯氨气N H₃反应生成InN。高纯氨气作为氮源，NH₃流量：100–2000sccm；生长时间30‑150分钟。

技术领域

本发明涉及一种用升华法生长InN纳米线的方法。

背景技术

以GaN及InGaN、AlGaN合金材料为主的III-V族氮化物材料(又称GaN基材料)是近几年来国际上倍受重视的新型半导体材料。GaN基材料是直接带隙宽禁带半导体材料，具有1.9—6.2eV之间连续可变的直接带隙，优异的物理、化学稳定性，高饱和电子漂移速度，高击穿场强和高热导率等优越性能，在短波长半导体光电子器件和高频、高压、高温微电子器件制备等方面具有重要的应用，用于制造比如蓝、紫、紫外波段发光器件、探测器件，高温、高频、高场大功率器件，场发射器件，抗辐射器件，压电器件等。

一维体系的纳米材料是可以有效传输电子和光学激子的最小维度结构，也是纳米机械器件和纳米电子器件的最基本结构单元。III-V族氮化物材料作为重要半导体材料的优良特性使得一维氮化物纳米结构在微纳光电器件、光电探测器件、电子器件、环境和医学等领域具有更广泛的的潜在应用前景，因此，制备性能优异、高质量的一维氮化物纳米结构及特性研究就成为当前国际、国内研究的前沿课题。

此外，由于石墨烯具有与纤锌矿氮化物的c面相似的六角结构，且在超过1000℃的高温环境下，表面仍能保持杰出的物理和化学稳定性，为氮化物材料的成核提供了条件，利于外延生长氮化物纳米线。同时以石墨烯作插层，可以方便移植氮化物纳米材料到各种柔性衬底上，实现可弯曲形变的三维柔性LED。

III-V族氮化物材料的生长有很多种方法，如金属有机物气相外延(MOCVD)、高温高压合成体单晶、分子束外延(MBE)、升华法以及氢化物气相外延(HVPE)等。纳米结构的制备主要有各向异性可控生长法、VLS(Vapor–Liquid–Solid)和SLS(Solution–Liquid–Solid)机制生长法、模板辅助生长法、表面活性剂法、纳米粒子自组装及物理或化学方法剪切等。InN纳米结构的生长可以采用多种方式如MOCVD、MBE等获得，但是此类设备价格成本高，MO源材料价格高昂。

本发明给出了一种采用金属铟做原材料，石墨烯薄膜做插入层，金属Au作为催化剂，用气相外延(CVD)升华法生长低应力InN纳米线的方法及工艺。

发明内容

本发明目的是：提出一种低成本的用金属铟做原材料，石墨烯薄膜做插入层，Au作为催化剂，用升华法生长优异性能的无应力InN纳米线。

本发明的技术方案是，一种制备无应力InN纳米线的方法，其特征是其特征是利用CVD设备升华法生长InN纳米线；衬底采用蓝宝石、硅或石英玻璃、GaN/蓝宝石(硅)，衬底清洗后，先覆盖单层或多层石墨烯薄膜；将覆有石墨烯薄膜的衬底表面沉积Au，放入CVD管式炉生长系统中，开始InN纳米线生长；常压，生长温度：500–800℃；高纯N₂作为载气先吹扫管式炉去除空气等，然后持续通气保护InN纳米线外延，生长期间总N₂载气流量0-5slm；In源采用常规的高纯金属铟升华铟蒸汽和高纯氨气N H₃反应生成InN。高纯氨气作为氮源，NH₃流量：100–2000sccm；生长时间30-150分钟。生长温度尤其是：550-750℃。