【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及化學，具體涉及一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法。
技術介紹
1、氮化鎵(gan)是一種直接帶隙半導體，禁帶寬度為3.4ev，體相熔點高達1700℃，具有優異的光電性能、熱穩定性及化學穩定性，在半導體發光二極管、激光顯示、可見光通信、電力電子器件、微波射頻、紫外探測器、太陽能光伏器件等領域具有廣闊的應用前景。
2、目前較為成熟的制備氮化鎵單晶的方法包括mocvd、hvpe、氨熱法和助溶劑法等，這些方法反應條件苛刻、成本高昂、步驟繁瑣、對基底和條件要求苛刻。
3、為滿足高密度集成需求還需要對氮化鎵單晶進行微納加工圖案化，但目前的方法往往會因為晶格失配和熱失配等原因引入缺陷和裂紋，影響其性能的發揮。進一步地，為制備高性能的光電器件和電子器件，改變摻雜種類和比例以調控氮化鎵帶隙的技術同樣至關重要，目前常用的技術包括mocvd、mbe離子注入、磁控濺射等，這些摻雜方法設備成本較高、操作復雜、大面積制備時均勻性較差、對反應條件敏感，不利于規?；a。
4、因此，亟需開發一種簡單、經濟、高效和高質量的帶隙可調控氮化鎵單晶圖案化集成方法。
技術實現思路
1、本專利技術是為了解決帶隙可調控氮化鎵單晶圖案化集成的問題，提供一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，以液態金屬鎵(或含銦或鋁等金屬的合金)或可液相加工的鎵鹽(或鎵鹽與銦鹽或鋁鹽等的混合物)作為鎵源，通過不對稱浸潤性微柱模板的誘導在基底上制備液態金屬鎵陣列；利用微柱
2、本專利技術提供一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，包括以下步驟：
3、s1、將不對稱浸潤性微柱模板與基底貼合壓緊，從基底一側的孔中注入鎵源，鎵源為流體，鎵源在微柱模板的限域作用下沿微柱頂端定向傳輸、流動得到鎵源陣列；
4、s2、將鎵源陣列在氮源氛圍中進行加熱使鎵源陣列與氮源發生原位化學反應得到氮化鎵圖案陣列；
5、s3、進行降溫和退火后將氮化鎵單晶圖案陣列從微柱模板上剝離得到原位生長的氮化鎵圖案陣列，一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法完成。
6、本專利技術所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，作為優選方式，步驟s1中，鎵源可為液態金屬鎵或無水氯化鎵溶液，還可在鎵源中摻雜銦或鋁，并通過改變摻雜金屬的比例調整帶隙。
7、本專利技術所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，作為優選方式，步驟s1中，鎵源為液態金屬鎵，鎵源陣列為液態金屬鎵陣列；在無水無氧環境中、50-60℃加熱的條件下，從基底一側的孔中注入液態金屬鎵；
8、步驟s2中，保持微柱模板與基底壓緊的狀態下，將液態金屬鎵陣列至于氮氣氛圍中，加熱升溫至900-1000℃，通入氮源，氮源為氨氣，保溫反應時間為120-150min，液態金屬鎵陣列與氨氣發生原位化學反應得到氮化鎵單晶圖案陣列；
9、步驟s3中，降溫750℃時重新通入氮源氛圍進行退火，再降溫至室溫后將氮化鎵單晶圖案陣列從基底上剝離得到原位生長的氮化鎵單晶圖案陣列。
10、本專利技術所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，作為優選方式，步驟s1中，鎵源為液態鎵銦合金，鎵源陣列為液態鎵銦陣列；在無水無氧環境中、30-120℃加熱的條件下，從基底一側的孔中注入液態鎵銦合金，液態鎵銦合金中銦含量為20-50％；
11、步驟s2中，保持微柱模板與基底壓緊的狀態下，將液態金屬鎵銦陣列至于氮氣氛圍中，加熱升溫至850-950℃，通入氮源，氮源為氨氣，保溫反應時間為120-150min，液態金屬鎵銦陣列與氨氣發生原位化學反應得到ingan圖案陣列；
12、步驟s3中，降溫750℃時重新通入氮源氛圍進行退火，再降溫至室溫后將ingan圖案陣列從基底上剝離得到原位生長的ingan圖案陣列。
13、本專利技術所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，作為優選方式，步驟s1中，鎵源為液態鎵鋁合金，鎵源陣列為液態鎵鋁陣列；在無水無氧環境中、550-650℃加熱的條件下，從基底一側的孔中注入液態鎵鋁合金，液態鎵鋁合金中鋁含量為20-50％；
14、步驟s2中，保持微柱模板與基底壓緊的狀態下，將液態金屬鎵鋁陣列至于氮氣氛圍中，加熱升溫至950-1050℃，通入氮源，氮源為氨氣，保溫反應時間為150-180min，液態金屬鎵鋁陣列與氨氣發生原位化學反應得到algan圖案陣列；
15、步驟s3中，降溫750℃時重新通入氮源氛圍進行退火，再降溫至室溫后將algan圖案陣列從基底上剝離得到原位生長的algan圖案陣列。
16、本專利技術所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，作為優選方式，步驟s1中，鎵源為0.25-0.5mmol/ml的無水氯化鎵的dmf溶液，鎵源陣列為液態金屬鎵陣列；在無水無氧環境中、550-650℃加熱的條件下，從基底一側的孔中注入鎵源，溶劑蒸干后得到鎵源陣列，鎵源陣列為金屬鹵化物陣列；
17、步驟s2中，保持微柱模板與基底壓緊的狀態下，將鎵源陣列至于氮氣氛圍中，加熱升溫至900-1000℃，通入氮源，氮源為氨氣，保溫反應時間為90-120min，液態金屬鎵陣列與氨氣發生原位化學反應得到氮化鎵單晶圖案陣列；
18、步驟s3中，降溫750℃時重新通入氮源氛圍進行退火，再降溫至室溫后將氮化鎵單晶圖案陣列從基底上剝離得到原位生長的氮化鎵單晶圖案陣列。
19、本專利技術所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，作為優選方式，步驟s1中，鎵源為濃度0.25-0.5mmol/ml、ga和in摩爾比4:1-1:1的無水氯化鎵和氯化銦的dmf混合溶液，鎵源陣列為金屬鹵化物陣列；在無水無氧環境中，從基底一側的孔中注入鎵源，溶劑蒸干后得到鎵源陣列，鎵源陣列為金屬鹵化物陣列；
20、步驟s2中，保持微柱模板與基底壓緊的狀態下，將鎵源陣列至于氮氣氛圍中，加熱升溫至850-950℃，通入氮源，氮源為氨氣，保溫反應時間為180-200min，金屬鹵化物陣列與氨氣發生原位化學反應得到ingan圖案陣列；
21、步驟s3中，降溫750℃時重新通入氮源氛圍進行退火，再降溫至室溫后將ingan圖案陣列從基底上剝離得到原位生長的ingan圖案陣列。
22、本專利技術所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，作為優選方式，步驟s1中，鎵源為濃度0.25-0.5mmol/ml、ga和al摩爾比4:1-1:1的無水氯化鎵和氯化鋁的dmf混合溶液，鎵源陣列為金屬鹵化物陣列；在無水無氧環境中從基底一側的孔中注入鎵源，溶劑蒸干后得到鎵源陣列，鎵源陣列為金屬鹵化物陣列；
23、步驟s2中，保持微柱模本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，其特征在于：步驟S1中，所述鎵源可為液態金屬鎵或無水氯化鎵溶液，還可在所述鎵源中摻雜銦或鋁，并通過改變摻雜金屬的比例調整帶隙。
3.根據權利要求1所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，其特征在于：步驟S1中，所述鎵源為液態金屬鎵，所述鎵源陣列為液態金屬鎵陣列；在無水無氧環境中、50-60℃加熱的條件下，從所述基底一側的孔中注入液態金屬鎵；
4.根據權利要求1所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，其特征在于：步驟S1中，所述鎵源為液態鎵銦合金，所述鎵源陣列為液態鎵銦陣列；在無水無氧環境中、30-120℃加熱的條件下，從所述基底一側的孔中注入液態鎵銦合金，所述液態鎵銦合金中銦含量為20-50％；
5.根據權利要求1所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，其特征在于：步驟S1中，所述鎵源為液態鎵鋁合金，所述鎵源陣列為液態鎵鋁
6.根據權利要求1所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，其特征在于：步驟S1中，所述鎵源為0.25-0.5mmol/mL的無水氯化鎵的DMF溶液，所述鎵源陣列為液態金屬鎵陣列；在無水無氧環境中、550-650℃加熱的條件下，從所述基底一側的孔中注入所述鎵源，溶劑蒸干后得到所述鎵源陣列，所述鎵源陣列為氯化鎵陣列；
7.根據權利要求1所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，其特征在于：步驟S1中，所述鎵源為濃度0.25-0.5mmol/mL、Ga和In摩爾比4:1-1:1的無水氯化鎵和氯化銦的DMF混合溶液，所述鎵源陣列為金屬鹵化物陣列；在無水無氧環境中，從所述基底一側的孔中注入所述鎵源，溶劑蒸干后得到所述鎵源陣列，所述鎵源陣列為金屬鹵化物陣列；
8.根據權利要求1所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，其特征在于：步驟S1中，所述鎵源為濃度0.25-0.5mmol/mL、Ga和Al摩爾比4:1-1:1的無水氯化鎵和氯化鋁的DMF混合溶液，所述鎵源陣列為金屬鹵化物陣列；在無水無氧環境中從所述基底一側的孔中注入所述鎵源，溶劑蒸干后得到所述鎵源陣列，所述鎵源陣列為金屬鹵化物陣列；
9.根據權利要求1所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，其特征在于：步驟S1中，所述不對稱浸潤性微柱模板包括陣列排布的微柱，所述微柱通過不對稱浸潤修飾使頂端親水、側壁疏水，所述微柱的間隔為1-100μm、寬度為1-100μm、高度為10-100μm，所述微柱的形狀為直線或長方形或三角形或圓環，所述不對稱浸潤性微柱模板通過光刻制備；
10.根據權利要求1～9任意一項所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，其特征在于：步驟S2中，保持所述微柱模板與所述基底壓緊的狀態，將鎵源陣列放置在充滿氮氣氛圍的管式爐中，以升溫速度10℃/min升溫到第一指定溫度，然后以300-500sccm流速將氨氣通入管式爐發生原位化學反應，再進行保溫反應；
...【技術特征摘要】
1.一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，其特征在于：步驟s1中，所述鎵源可為液態金屬鎵或無水氯化鎵溶液，還可在所述鎵源中摻雜銦或鋁，并通過改變摻雜金屬的比例調整帶隙。
3.根據權利要求1所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，其特征在于：步驟s1中，所述鎵源為液態金屬鎵，所述鎵源陣列為液態金屬鎵陣列；在無水無氧環境中、50-60℃加熱的條件下，從所述基底一側的孔中注入液態金屬鎵；
4.根據權利要求1所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，其特征在于：步驟s1中，所述鎵源為液態鎵銦合金，所述鎵源陣列為液態鎵銦陣列；在無水無氧環境中、30-120℃加熱的條件下，從所述基底一側的孔中注入液態鎵銦合金，所述液態鎵銦合金中銦含量為20-50％；
5.根據權利要求1所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，其特征在于：步驟s1中，所述鎵源為液態鎵鋁合金，所述鎵源陣列為液態鎵鋁陣列；在無水無氧環境中、550-650℃加熱的條件下，從所述基底一側的孔中注入液態鎵鋁合金，所述液態鎵鋁合金中鋁含量為20-50％；
6.根據權利要求1所述的一種原位限域反應生長帶隙可調的氮化鎵單晶陣列的方法，其特征在于：步驟s1中，所述鎵源為0.25-0.5mmol/ml的無水氯化鎵的dmf溶液，所述鎵源陣列為液態金屬鎵陣列；在無水無氧環境中、550-650℃加熱的條件下，從所述基底一側的孔中注入所述鎵源，溶劑蒸干后得到所述鎵源陣列，所述鎵...
【專利技術屬性】
技術研發人員：程繹霏，高慶豪，楊俊川，吳雨辰，江雷，
申請(專利權)人：北京仿生界面科學未來技術研究院，
類型：發明
國別省市：
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