[发明专利]一种核壳GaN纳米线阵列的制备方法

说明书

本发明提供了一种核壳GaN纳米线阵列的制备方法，通过外延方法在衬底上外延生长GaN结构薄膜；在上述薄膜上生长掩膜层，并将掩膜层制备成相应的图案；在GaN结构薄膜中形成侧壁陡峭的纳米结构；刻蚀所述的侧壁陡峭的纳米结构，形成侧壁光滑排列规则的纳米线阵列；在所得的GaN纳米线阵列上进行二次生长，获得核壳纳米线阵列。通过本发明的方法获得了侧壁光滑、长径比可控的核壳GaN纳米线阵列。本发明的方法简单易行，适合规模化制备。制备所得核壳纳米线阵列可广泛应用于光电子器件和微电子器件。

技术领域

本发明属于电学领域，涉及一种纳米线阵列，具体来说是一种核壳GaN纳米线阵列的制备方法。

背景技术

纳米技术被认为是21世纪的三大科学技术之一，其中，半导体纳米线由于其独特的一维量子结构，被认为是未来微纳器件的基本结构。GaN纳米线具有优异的光电、压电、敏感和热稳定性能，在光电子器件及微纳电子器件中具有很好的应用前景。近年来，GaN纳米线的研究工作取得了很大进展，广泛应用于集成电路、晶体管、激光器、发光二极管、单光子器件、光解水以及太阳能电池等领域。然而缺乏长径比、位置可控的高质量核壳纳米线阵列合成方法，严重限制了GaN纳米线器件的实用化和产业化。核壳GaN纳米线的制作方法分两类：“自下而上”的自组装生长方法和“自上而下”的刻蚀方法。“自下而上”的自组装生长方法主要有学气相沉积(CVD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)以及选择区域沉积等方法。但这些方法难以制备高质量、有序排列、含有不同组分的核壳GaN纳米线阵列。刻蚀法多使用感应耦合等离子体刻蚀或各向异性湿法刻蚀方法。通过控制掩膜及刻蚀工艺，设计可控合成大规模核壳GaN纳米线垂直阵列的方法。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种核壳GaN纳米线阵列的制备方法，所述的这种核壳GaN纳米线阵列的制备方法要解决现有技术中的方法难以制备高质量、有序排列、含有不同组分的核壳GaN纳米线阵列的技术问题。

本发明提供了一种核壳GaN纳米线阵列的制备方法，包括如下步骤：

1)通过外延方法在衬底上外延生长GaN结构薄膜；

2)在上述薄膜上生长掩膜层，并将掩膜层制备成相应的图案；

3)在GaN结构薄膜中形成侧壁陡峭的纳米结构；

4)刻蚀所述的侧壁陡峭的纳米结构，形成侧壁光滑排列规则的纳米线阵列；

5)在步骤4）所得的GaN纳米线阵列上进行二次生长，获得核壳纳米线阵列。

进一步的，所述掩膜层为SiO₂、SiN_x、ZnO、或Al₂O₃。

进一步的，通过紫外光刻、电子束光刻、干法刻蚀或湿法腐蚀将掩膜层制备成相应的图案。

进一步的，所述图案的尺寸为10 nm-10 μm。

进一步的，在步骤3）中，采用干法刻蚀在GaN基结构薄膜中形成侧壁陡峭的纳米结构。

进一步的，所述干法刻蚀为离子束刻蚀、感应耦合等离子刻蚀、或反应离子刻蚀。

进一步的，在步骤3）中，侧壁陡峭的纳米结构的陡峭程度根据侧面角度值判断。

进一步的，侧面角度值范围为45°-90°。

进一步的，在步骤4）中，采用碱性溶液腐蚀上述纳米结构。