[发明专利]一种横向有序GaN微米线阵列及其制备方法

说明书

本发明公开了一种横向有序GaN微米线阵列，其包括：衬底(1)和GaN微米线阵列，GaN微米线(4)的轴向与衬底(1)所处的平面的夹角不超过15°，制备方法包括以下步骤：(A)在衬底(1)上形成掩膜层(2)；(B)在掩膜层(2)上刻蚀形成图案，将图案刻蚀形成凹槽；(C)在凹槽内生长出横向有序GaN微米线阵列。本发明利用GaN材料在硅不同晶面的异质外延特性，在不引入任何催化剂的前提下，在硅图形衬底上制备出横向有序的GaN微米线阵列。该方法可制备出高质量、大纵横比的晶体，且密度、尺寸等特性灵活可调。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种横向有序GaN微米线阵列及其制备方法。

背景技术

由于异质外延的困难性，目前报道的大部分GaN微纳米线均是垂直衬底面的微纳米线阵列或杂乱无序的微纳米线网络，在面向实际应用问题上存在局限性。一方面，基于自组装生长和微刻蚀等技术制备的垂直GaN微纳米线(阵列)，在制作器件时尽管底部电接触可以采用导电衬底来解决，但是这种三维结构的微纳结构顶部无法提供承载薄膜电极的平面，这就要求制备器件时需要解决与传统的器件平面化的工艺流程不兼容的难题。而且，利用微刻蚀技术制备的纳米线不可避免地依赖现有的刻蚀技术和工艺，难以实现对纳米线直径和长度等尺寸的精确控制，导致纳米线存在径向尺寸不均匀、纵横比受限、晶体质量退化等问题。另一方面，无序生长、堆叠的微纳米具有较大的随机性，难以实现精确、灵活控制，在构筑功能集成器件时往往需要后续复杂的摆列对齐成横向阵列的技术。但这些技术往往复杂繁琐，效率较低，实用性较差。而且由于引入了异质催化剂金属材料，在生长过程中不可避免地会有异质材料原子扩散，破坏微纳米线的纯净度，影响微纳米线及其器件的性能。因此，实现GaN微纳米线横向可控有序生长，可使微纳米器件制备工艺与传统平面器件工艺兼容，可为解决GaN基微纳米线器件实际应用问题提供重要思路，在实用化的集成微纳材料光电器件中有潜在应用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种横向有序GaN微米线阵列。该微米线阵列可用于制作微纳米器件，并且与传统平面器件工艺兼容，可以解决GaN基微纳米线器件实际应用问题。

本发明的另一目的在于提供上述横向有序GaN微米线阵列的制备方法，该制备方法简单易操作，并且所制备的GaN微米线阵列晶体质量高、在衬底面上周期性横向有序排布、能实现大面积制备。

本发明采用以下技术方案：

一种横向有序GaN微米线阵列，其包括：衬底和GaN微米线阵列，GaN微米线的轴向与衬底1所处的平面的夹角不超过15°，优选不超过10°，更优选不超过5°，例如，1°、2°、3°、4°。更优选，GaN微米线的轴向平行于衬底所处的平面。

本文中使用的术语“横向”是指微米线阵列的轴向平行于或基本上平行于衬底所处的平面。“基本上平行”是指微米线阵列的轴向(沿着微米线的方向)与衬底所处的平面的夹角不超过15°。

进一步地，单根GaN微米线的上部的(横)截面呈三角形，GaN微米线的下部的(横)截面呈两个三角形。单根GaN微米线的上部和下部结合在一起或者生长在一起。

进一步地，单根GaN微米线的上部的截面三角形的底边边长等于GaN微米线的下部截面的两个三角形与其上部接触的边长之和。

进一步地，横向有序GaN微米线阵列的制备方法，包括以下步骤：

(A)在衬底上形成掩膜层；

(B)在掩膜层上刻蚀形成图案，将图案刻蚀形成凹槽；

(C)在凹槽内生长出横向有序的GaN微米线阵列。

进一步地，步骤(B)中在掩膜层上光刻形成图案，将图案通过湿法刻蚀形成凹槽。