專利名稱：一種MOCVD方式自組裝生長(zhǎng)GaAs納米結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及GaAs納米結(jié)構(gòu)制備的一種方法，是利用MOCVD技術(shù)在GaAs襯底上自組裝生長(zhǎng)GaAs納米結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體元素硅(Si)已經(jīng)在微電子領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，是微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。然而Si本身存在致命的弱點(diǎn)，使得它在光電子器件的應(yīng)用方面給受到了很大的限制。III-V族的GaAs被認(rèn)為是繼Si之后的第二代半導(dǎo)體材料。砷化鎵化學(xué)式為GaAs， 禁帶寬度1. 4電子伏。黑灰色固體，熔點(diǎn)1238°C。它在600°C以下，能在空氣中穩(wěn)定存在，并且不為非氧化性的酸侵蝕。砷化鎵其電子遷移率比硅高6倍，砷化鎵成為超高速、超高頻器件和集成電路的必需品。另外，由于它是一個(gè)直接帶隙躍遷的半導(dǎo)體，適合于制備光電子器件，因此比硅基材料有更大的應(yīng)用范圍。但是，以目前的技術(shù)還不能對(duì)其進(jìn)行大批量生產(chǎn)。 而且，以往制備GaAs納米結(jié)構(gòu)的方法都比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)背景技術(shù)中提出的問題，本發(fā)明采用了金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù)在GaAs襯底上生長(zhǎng)GaAs納米結(jié)構(gòu)，方法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。在真空反應(yīng)室中，用GaAs做襯底，并對(duì)襯底高溫加熱，當(dāng)達(dá)到一定溫度(700°C -1200°C )時(shí)，襯底GaAs被分解，As氣化， 留下單質(zhì)( 納米結(jié)構(gòu)。同時(shí)我們通入As有機(jī)源，真空反應(yīng)室中As的濃度越來(lái)越大，當(dāng)As 的濃度達(dá)到一定值時(shí)，以自組裝形式As與( 又重新結(jié)合，形成GaAs納米結(jié)構(gòu)。在這里我們用氮?dú)?N2)作為載氣。通入氬氣(Ar)作為保護(hù)氣，防止As在氣化時(shí)生成氯化砷，也防止單質(zhì)( 被氧化。這種方法可以大量生長(zhǎng)GaAs材料。由于GaAs未完全熱分解，因此生長(zhǎng)速率不是單一的，受源分子傳輸速率的控制，還受到源分解率的影響，生長(zhǎng)機(jī)制屬于“動(dòng)力學(xué)控制機(jī)制”。同時(shí)，本發(fā)明生長(zhǎng)過(guò)程屬V-S機(jī)制。As氣體直接固化，無(wú)液相生成，中間雜質(zhì)少，所得納米結(jié)構(gòu)更為純凈。而且此種方法簡(jiǎn)單易行。
具體實(shí)施例方式1、用GaAs體材料做為反應(yīng)源。在真空反應(yīng)室中，將其放置在基座上；2、預(yù)抽真空，對(duì)襯底進(jìn)行熱處理10分鐘，保持基座旋轉(zhuǎn)；3、通入保護(hù)氣氬氣(Ar)，高溫加熱襯底，升到所需生長(zhǎng)溫度，襯底GaAs發(fā)生熱分解，As變成氣體跑出到，并存在在真空反應(yīng)室中，襯底上留下納米結(jié)構(gòu)Ga單質(zhì)。保護(hù)氣可以防止( 單質(zhì)被氧化；4、通入As源，用有機(jī)化合物叔丁基砷(TBAs)作為As源，用氮?dú)庾鳛檩d氣，將As 單質(zhì)輸運(yùn)到反應(yīng)室中。反應(yīng)室中的As氣濃度越來(lái)越大，達(dá)到一定值時(shí)，使系統(tǒng)迅速降溫，這時(shí)，As單質(zhì)又與( 單質(zhì)重新自組裝結(jié)合，生成具有納米結(jié)構(gòu)的GaAs ；
5、生長(zhǎng)結(jié)束后，關(guān)閉加熱器，讓它自然降溫。當(dāng)溫度下降至150左右時(shí)，停止通入氣體。打開放氣閥，使真空室內(nèi)氣壓增大到常壓。取出樣品保存。
權(quán)利要求
1.一種用MOCVD技術(shù)生長(zhǎng)GaAs納米結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于具體實(shí)施步驟為(1)在真空反應(yīng)室中，將GaAs襯底放置在基座上。(2)預(yù)抽真空，讓其真空度達(dá)到5 量級(jí)。(3)當(dāng)真空度達(dá)到10-3 后開始對(duì)襯底進(jìn)行熱處理10分鐘，保持基座旋轉(zhuǎn)。(4)通入保護(hù)氣氬氣(Ar)，高溫加熱襯底，升到所需生長(zhǎng)溫度，襯底GaAs發(fā)生熱分解， As變成氣體跑出，并存在真空反應(yīng)室中，襯底上留下納米結(jié)構(gòu)( 單質(zhì)。保護(hù)氣可以防止( 單質(zhì)被氧化。(5)通入As源，用有機(jī)化合物叔丁基砷(TBAs)作為As源，用氮?dú)庾鳛檩d氣，將As單質(zhì)輸運(yùn)到反應(yīng)室中。反應(yīng)室中的As氣濃度越來(lái)越大，達(dá)到一定值時(shí)，使系統(tǒng)迅速降溫，這時(shí)， As單質(zhì)又與( 單質(zhì)重新自組裝結(jié)合，生成具有納米結(jié)構(gòu)的GaAs。(6)生長(zhǎng)結(jié)束后，關(guān)閉加熱器，讓它自然降溫。關(guān)閉As源閥門,N2保持lOOsccm的流量。 當(dāng)溫度下降至150°C左右時(shí)，停止通入氣體。打開放氣閥，使真空室內(nèi)氣壓增大到常壓。(7)關(guān)閉總電源，取出樣品，放好。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，用MOCVD技術(shù)生長(zhǎng)GaAs納米結(jié)構(gòu)其特征在于用GaAs體材料做襯底直接生長(zhǎng)GaAs納米結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，本發(fā)明使用有機(jī)化合物叔丁基砷(TBAs)作為As源，TBAs 的熱分解溫度較低，容易氣化，輸運(yùn)到真空反應(yīng)室中，容易控制As源的量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，本發(fā)明中對(duì)系統(tǒng)溫度的控制為先升溫再迅速降溫。升溫達(dá)到所需溫度，保持一段時(shí)間，當(dāng)真空反應(yīng)室中As氣濃度達(dá)到足夠大時(shí)，使系統(tǒng)迅速降溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，本發(fā)明的生長(zhǎng)過(guò)程屬V-S機(jī)制。As氣直接固化與( 單質(zhì)結(jié)合，生成GaAs納米結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明采用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積(Metal-organic Chemical Vapor Deposition簡(jiǎn)稱MOCVD)方法制備GaAs納米結(jié)構(gòu)。在GaAs體材料襯底上氣化生長(zhǎng)GaAs納米結(jié)構(gòu)，屬V-S(氣-固)機(jī)制。在真空反應(yīng)室中，用GaAs體材料做襯底，并對(duì)襯底高溫加熱，當(dāng)達(dá)到一定溫度(700℃-1200℃)時(shí)，襯底GaAs被分解，As氣化，留下單質(zhì)Ga納米結(jié)構(gòu)。同時(shí)通入有機(jī)化合物叔丁基砷(TBAs)As源到反應(yīng)室中，TBAs的熱分解溫度較低。真空反應(yīng)室中As的濃度越來(lái)越大，當(dāng)As的濃度達(dá)到一定值時(shí)，對(duì)系統(tǒng)迅速降溫，使As以自組裝形式與Ga又重新結(jié)合，形成GaAs納米結(jié)構(gòu)，以氮?dú)?N2)作為載氣，以氬氣(Ar)作為保護(hù)氣，防止As在氣化時(shí)生成氯化砷，也防止單質(zhì)Ga被氧化。利用這種方法生長(zhǎng)GaAs納米結(jié)構(gòu)，操作簡(jiǎn)單，給量產(chǎn)帶來(lái)很大便利。
文檔編號(hào)C23C16/44GK102345110SQ20111029001
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者方芳, 方鉉, 李金華, 王曉華, 王菲, 陳新影, 魏志鵬 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)