CN115692189B - 一种氮化镓纳米线阵列及其加工方法 - Google Patents

一种氮化镓纳米线阵列及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氮化镓纳米线阵列及其加工方法，包括以下步骤：A、在清洗后的氮化镓晶圆的上表面自组装单层聚苯乙烯纳米微球；B、在单层聚苯乙烯纳米微球的上表面溅射贵金属掩膜；C、去除聚苯乙烯纳米微球；D、金属辅助光化学刻蚀后清洗得到氮化镓纳米孔阵列；E、去除贵金属掩膜；F、无电极光电化学刻蚀后清洗得到氮化镓纳米线阵列。本技术方案提出的一种氮化镓纳米线阵列及其加工方法，通过无电极光电化学刻蚀在氮化镓纳米孔阵列的基础上得到氮化镓纳米线阵列，解决了现有氮化镓纳米线阵列的加工成本高、操作复杂的技术问题。

Description

一种氮化镓纳米线阵列及其加工方法
技术领域
本发明涉及氮化镓加工领域，尤其涉及一种氮化镓纳米线阵列及其加工方法。
背景技术
氮化镓作为第三代半导体，其以优异的物理化学性质吸引了广泛的关注与研究，其在高温、高频和大功率器件中具有巨大的应用潜力，特别是在LED照明领域，氮化镓以宽的直接带隙填补了LED市场蓝绿光源缺失的空白。与块状氮化镓相比，具有微纳结构的氮化镓往往具备更加优秀的光电化学性质，但由于氮化镓稳定的化学性质，其加工存在一定的困难。
对于氮化镓纳米孔加工，工业上常采用干法刻蚀，但该工艺往往通过等离子体轰击材料表面，会给材料带来不可逆转的伤害，从而进一步影响性能，且干法刻蚀所需的设备昂贵，操作较复杂。为此，亟需提出一种能够便捷高效的加工高质量的氮化镓纳米孔阵列的方法。
对于氮化镓纳米线加工，通常采用化学气相沉积等工艺，这类工艺直接在基底上生长出纳米线，由该方法生成的纳米线具有较高的质量，但该工艺加工条件严格，需要高温高压等条件，且操作及设备复杂。且其生成的纳米线均匀性差，独立性较差。虽然相比起干法刻蚀，湿法刻蚀操作简单，对材料的保护性好，但上述方法(即化学气相沉积)存在湿法刻蚀的共同特征，即各向同性刻蚀，使刻蚀形貌不能得到精确控制，使其所加工的纳米线独立性较差。为此，亟需提出一种能够有效的加工具有高质量氮化镓纳米线阵列的湿法刻蚀方法。
目前，较为有效刻蚀氮化镓的湿法刻蚀方法主要为电化学刻蚀，但该刻蚀方法须对氮化镓晶圆施加外部偏压，对于具有绝缘衬底的氮化镓晶圆，该刻蚀方法并不适用，并且由于电场的不均匀性，使其微纳结构的尺寸无法准确控制。金属辅助光化学刻蚀可通过在氮化镓晶圆表面镀一层贵金属，起催化反应和充当掩膜的作用。对于n型氮化镓而言，在金属-半导体接触的作用下，氮化镓的电子流向贵金属，即加速了空穴的注入，提高了刻蚀的速率，同时在紫外光照作用下，光生空穴的注入进一步提高了刻蚀速率。但单一的金属辅助光化学刻蚀或无电极光电化学刻蚀所加工的氮化镓纳米孔和纳米线其分布和尺寸都难以控制，均匀性较差，不利于大规模的应用。为此，亟需提供一种高效且可控的加工氮化镓纳米线阵列的加工方法。
发明内容
本发明的目的在于提出一种氮化镓纳米线阵列及其加工方法，通过无电极光电化学刻蚀在氮化镓纳米孔阵列的基础上得到氮化镓纳米线阵列，解决了现有氮化镓纳米线阵列的加工成本高、操作复杂的技术问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种氮化镓纳米线阵列的加工方法，包括以下步骤：
A、清洗氮化镓晶圆，并在清洗后的氮化镓晶圆的上表面自组装单层聚苯乙烯纳米微球，并通过等离子体刻蚀得到所需直径的聚苯乙烯纳米微球；
B、在步骤A的单层聚苯乙烯纳米微球的上表面溅射贵金属掩膜；
C、将步骤B的氮化镓晶圆浸泡在丙酮溶液中，超声清洗去除聚苯乙烯纳米微球；
D、将步骤C的氮化镓晶圆浸没于刻蚀液中，在紫外光的照射下进行金属辅助光化学刻蚀后清洗得到氮化镓纳米孔阵列；其中，所述氮化镓纳米孔阵列的纳米孔深度大于3μm；
E、去除步骤D中氮化镓晶圆上表面的贵金属掩膜并清洗；
F、将步骤E的氮化镓晶圆浸没于刻蚀液中，在紫外光的照射下进行无电极光电化学刻蚀后清洗得到氮化镓纳米线阵列；其中，步骤D和步骤F中的刻蚀液均为氢氧化钾和过硫酸钾的混合水溶液，所述氮化镓纳米线阵列的纳米线直径为30～50nm。
优选的，所述氢氧化钾和过硫酸钾的混合水溶液中，所述氢氧化钾的浓度为0.08～0.12mol/L，所述过硫酸钾的浓度为0.08～0.12mol/L。
优选的，所述氢氧化钾和过硫酸钾的混合水溶液中，所述氢氧化钾的浓度为0.1mol/L，所述过硫酸钾的浓度为0.1mol/L。
优选的，步骤D中，所述金属辅助光化学刻蚀步骤的紫外光的功率密度为8000～10000mW/cm2；
步骤F中，所述无电极光电化学刻蚀步骤的紫外光的功率密度为6000～8000mW/cm2。
优选的，步骤D中，所述金属辅助光化学刻蚀步骤的紫外光的功率密度为8000mW/cm2；
步骤F中，所述无电极光电化学刻蚀的紫外光的功率密度为8000mW/cm2。
优选的，步骤D中，所述氮化镓纳米孔阵列的刻蚀速率为400～600nm/min；
步骤F中，所述氮化镓纳米线阵列的刻蚀速率为100～150nm/min。
优选的，步骤B中，所述贵金属掩膜的厚度为10～14nm，所述贵金属掩膜中的贵金属为Pt、Au或Ag中的任意一种；
步骤E的具体步骤为：将步骤D中氮化镓晶圆浸泡在贵金属去除剂中去除贵金属掩膜，然后利用去离子水充分清洗；其中，所述贵金属去除剂包括去离子水、盐酸和硝酸，且按照质量比，所述去离子水、所述盐酸和所述硝酸的混合比例为8：7：1。
优选的，步骤A的具体步骤为：将氮化镓晶圆浸泡于丙酮中进行超声清洗,然后利用去离子水冲洗后使用高纯氮气吹干；再使用等离子清洗仪将超声清洗后的氮化镓晶圆进行等离子清洗；通过匀胶机在等离子清洗后的氮化镓晶圆的上表面自组装单层聚苯乙烯纳米微球，并通过等离子体刻蚀得到直径为50～500nm的聚苯乙烯纳米微球。
优选的，步骤A中，所述氮化镓晶圆为5×5mm的N型氮化镓晶圆。
一种氮化镓纳米线阵列，使用上述的氮化镓纳米线阵列的加工方法加工而成。
本申请实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
1、通过使用两步刻蚀方法，可直接在氮化镓纳米孔基础上加工出氮化镓纳米线，且所加工纳米线阵列排布，具有优秀的光电化学性质，在压电器件以及光电器件中具有巨大的应用潜力。值得说明的是，由氮化镓纳米孔阵列加工出氮化镓纳米线阵列，该纳米线阵列是沿氮化镓纳米孔阵列的孔壁进行分布，与通过单纯的电化学刻蚀或直接通过无电极光电化学刻蚀得到的纳米线阵列相比，该纳米线阵列排布，单个纳米线之间的独立性好，减小了纳米线之间的相互干扰，极大的改善了氮化镓的光电化学性质，并且保持细长且直立的特点，为氮化镓基器件的制作奠定了基础，在紫外光探测器、蓝绿光LED、半导体传感器以及压电发电机中具有巨大的应用潜力。
2、通过在氮化镓晶圆的上表面自组装单层的聚苯乙烯纳米微球，并在其上表面溅射贵金属掩膜而实现图案化，去除聚苯乙烯纳米微球后即可获得阵列图案的模板。贵金属掩膜可同时起到图案化模板以及催化刻蚀反应的作用，并且通过控制聚苯乙烯纳米微球的直径大小可直接控制刻蚀图案的直径,可有效降低氮化镓纳米线阵列的加工成本，并形成高度有序的氮化镓基纳米线，是其他复杂且更昂贵的纳米光刻方法的高性价比的可行替代方案。
3、通过在氮化镓晶圆上表面溅射一层贵金属，该贵金属与氮化镓形成金属-半导体接触，使氮化镓中电子流向贵金属，加速氮化镓的氧化，并且该金属-半导体接触所形成的内建电场将引导刻蚀反应向下一步进行，减小横向刻蚀，即促进氮化镓纳米孔纵向的形成。
4、对氮化镓晶圆进行无电极光电化学刻蚀，由于去除贵金属掩膜，无电极光电化学刻蚀失去了金属半导体-接触以及模板的限制作用，使其纵向刻蚀的速率不再远高于横向刻蚀的速率，随刻蚀时间的继续增加氮化镓纳米孔阵列的孔壁逐渐减薄，最后形成氮化镓纳米线阵列，该纳米线阵列由于是由氮化镓阵列孔孔壁形成，即其也具有阵列排布特征。
附图说明
图1是本发明一种氮化镓纳米线阵列的加工方法中实施例1的氮化镓纳米孔阵列的扫描电子显微镜图。
图2是本发明一种氮化镓纳米线阵列的加工方法中实施例1的氮化镓纳米线阵列的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
一种氮化镓纳米线阵列的加工方法，包括以下步骤：
A、清洗氮化镓晶圆，并在清洗后的氮化镓晶圆的上表面自组装单层聚苯乙烯纳米微球，并通过等离子体刻蚀得到所需直径的聚苯乙烯纳米微球；
B、在步骤A的单层聚苯乙烯纳米微球的上表面溅射贵金属掩膜；
C、将步骤B的氮化镓晶圆浸泡在丙酮溶液中，超声清洗去除聚苯乙烯纳米微球；
D、将步骤C的氮化镓晶圆浸没于刻蚀液中，在紫外光的照射下进行金属辅助光化学刻蚀后清洗得到氮化镓纳米孔阵列；其中，所述氮化镓纳米孔阵列的纳米孔深度大于3μm；
E、去除步骤D中氮化镓晶圆上表面的贵金属掩膜并清洗；
F、将步骤E的氮化镓晶圆浸没于刻蚀液中，在紫外光的照射下进行无电极光电化学刻蚀后清洗得到氮化镓纳米线阵列；其中，步骤D和步骤F中的刻蚀液均为氢氧化钾和过硫酸钾的混合水溶液，所述氮化镓纳米线阵列的纳米线直径为30～50nm。
为了解决现有氮化镓纳米线阵列的加工成本高和操作复杂的技术问题，本技术方案提出了一种氮化镓纳米线阵列的加工方法，其通过在氮化镓晶圆的上表面自组装单层的聚苯乙烯纳米微球，以及溅射贵金属掩膜来组成高速率的金属辅助光化学刻蚀，同时可通过调节自组装的聚苯乙烯纳米微球的直径大小来控制所需要的氮化镓纳米孔的直径与间距以及氮化镓纳米线阵列的间距。使用金属辅助光化学刻蚀得到氮化镓纳米孔阵列，并且通过连续的无电极光电化学刻蚀在氮化镓纳米孔阵列的基础上得到氮化镓纳米线阵列，通过控制金属辅助光化学刻蚀过程的刻蚀参数和无电极光电化学刻蚀的刻蚀参数，可有效地控制制备而成的纳米孔以及纳米线的形貌，解决了现有加工氮化镓纳米纳米线阵列的加工成本高和操作复杂的技术问题。
另外，本方案通过使用两步刻蚀方法，可直接在氮化镓纳米孔基础上加工出氮化镓纳米线，且所加工纳米线阵列排布，具有优秀的光电化学性质，在压电器件以及光电器件中具有巨大的应用潜力。值得说明的是，由氮化镓纳米孔阵列加工出氮化镓纳米线阵列，该纳米线阵列是沿氮化镓纳米孔阵列的孔壁进行分布，与通过单纯的电化学刻蚀或直接通过无电极光电化学刻蚀得到的纳米线阵列相比，该纳米线阵列排布，单个纳米线之间的独立性好，减小了纳米线之间的相互干扰，极大的改善了氮化镓的光电化学性质，并且保持细长且直立的特点，为氮化镓基器件的制作奠定了基础，在紫外光探测器、蓝绿光LED、半导体传感器以及压电发电机中具有巨大的应用潜力。
具体地，本方案首先在氮化镓晶圆的上表面自组装单层的聚苯乙烯纳米微球，并在其上表面溅射贵金属掩膜而实现图案化，去除聚苯乙烯纳米微球后即可获得阵列图案的模板。贵金属掩膜可同时起到图案化模板以及催化刻蚀反应的作用，并且通过控制聚苯乙烯纳米微球的直径大小可直接控制刻蚀图案的直径,可有效降低氮化镓纳米线阵列的加工成本，并形成高度有序的氮化镓基纳米线，是其他复杂且更昂贵的纳米光刻方法的高性价比的可行替代方案。
需要说明的是，本方案中聚苯乙烯纳米微球的直径大小可通过等离子刻蚀进行，而等离子刻蚀则可通过常规的等离子清洗仪完成，在此不再赘述。值得说明的是，等离子体刻蚀原理为通过在等离子体清洗系统中，利用辉光放电反应使腔体内气体激活成离子、游离基等活性粒子，它们具有活泼的化学性质，可以与聚苯乙烯纳米微球反应形成挥发性生成物，从而实现刻蚀聚苯乙烯纳米微球。具体来说，通过等离子体对单层密堆积聚苯乙烯纳米微球进行刻蚀，得到的单层非密堆积聚苯乙烯纳米微球的直径随着等离子体刻蚀时间的增加而减小，可根据需求通过调节等离子体刻蚀时间，控制聚苯乙烯纳米微球的直径，使得所制备的氮化镓纳米孔阵列的孔径尺寸大小可控。
然后，本方案再在紫外光的照射下进行金属辅助光化学刻蚀后得到氮化镓纳米孔阵列。通过在氮化镓晶圆上表面溅射一层贵金属，该贵金属与氮化镓形成金属-半导体接触，使氮化镓中电子流向贵金属，加速氮化镓的氧化，并且该金属-半导体接触所形成的内建电场将引导刻蚀反应向下一步进行，减小横向刻蚀，即促进氮化镓纳米孔纵向的形成。
最后，本方案再在去除贵金属掩膜之后，对氮化镓晶圆进行无电极光电化学刻蚀，由于去除贵金属掩膜，无电极光电化学刻蚀失去了金属半导体-接触以及模板的限制作用，使其纵向刻蚀的速率不再远高于横向刻蚀的速率，随刻蚀时间的继续增加氮化镓纳米孔阵列的孔壁逐渐减薄，最后形成氮化镓纳米线阵列，该纳米线阵列由于是由氮化镓阵列孔孔壁形成，即其也具有阵列排布特征。进一步地，本方案的无电极光电化学刻蚀步骤还包括以下几点优越性：(1)无需外部电源，可以直接在具有绝缘衬底的氮化镓晶圆上进行刻蚀，并且通过控制刻蚀时间可有效地控制氮化镓纳米孔孔深以及纳米线的长度，对氮化镓晶圆的保护性较好，不会带来晶体损伤；(2)所刻蚀纳米线由纳米孔发展而来，纳米孔孔底一般为斜边，在竖直紫外光照的作用下，孔底的斜边比竖直的孔壁更能够接收到更多的紫外光照，即孔的纵向刻蚀比横向刻蚀速率更快,可进一步刻蚀形成纳米线阵列；(3)在无电极光电化学刻蚀的选择性刻蚀特性下，无电极光电化学刻蚀能够实现较好的各向异性刻蚀，可加工出理想的氮化镓纳米线阵列。
更具体地，本方案还将步骤D和步骤F中的刻蚀液均限定为氢氧化钾和过硫酸钾的混合水溶液，该混合水溶液能够实现对无缺陷氮化镓或氮化镓中的缺陷的选择性刻蚀，通过控制该选择性刻蚀，有助于实现各向异性的刻蚀过程。在现有技术中，一般使用过氧化氢与氢氟酸的混合水溶液作为湿法刻蚀过程中的刻蚀液，由于该刻蚀液本身的液体表面张力较大，在深孔中使反应物与生成物的物质交换过程受阻，因此其很难形成本方案中所需要的具有较大深度的纳米孔阵列。而本方案所使用的过硫酸钾和氢氧化钾的混合水溶液，其物质交换更加便捷，能够较快地进入深孔中实现物质交换，即能够实现高深径比的纳米孔刻蚀。另外在氧化剂的选择上，过硫酸钾是一种氧化性远强于过氧化氢的强氧化剂，其在紫外光照的作用下还能够生成硫酸根自由基，该自由基具有更强的氧化性，甚至能够直接夺取氮化镓价带中的电子，因此本方案使用过硫酸钾与氢氧化钾的混合水溶液作为刻蚀液，能获得更佳的刻蚀形貌和刻蚀速度。
更进一步说明，所述氢氧化钾和过硫酸钾的混合水溶液中，所述氢氧化钾的浓度为0.08～0.12mol/L，所述过硫酸钾的浓度为0.08～0.12mol/L。
为了形成具有良好形貌的氮化镓纳米线阵列，本方案将氢氧化钾和过硫酸钾的混合水溶液中氢氧化钾的浓度优选为0.08～0.12mol/L，过硫酸钾的浓度优选为0.08～0.12mol/L，有利于防止浓度过高的氢氧化钾令刻蚀更多地沿着氮化镓晶体结构发生形成凸起状结构，而不是形成氮化镓纳米线或纳米孔。
更进一步说明，所述氢氧化钾和过硫酸钾的混合水溶液中，所述氢氧化钾的浓度为0.1mol/L，所述过硫酸钾的浓度为0.1mol/L。
更进一步说明，步骤D中，所述金属辅助光化学刻蚀步骤的紫外光的功率密度为8000～10000mW/cm2；
步骤F中，所述无电极光电化学刻蚀步骤的紫外光的功率密度为6000～8000mW/cm2。
进一步地，本方案还对光化学刻蚀步骤和光电化学刻蚀步骤中的功率密度进行优选，有利于使氮化镓的刻蚀具有更高的刻蚀速率，并且对氮化镓的选择性刻蚀具有导向作用。
更进一步说明，步骤D中，所述金属辅助光化学刻蚀步骤的紫外光的功率密度为8000mW/cm2；
步骤F中，所述无电极光电化学刻蚀的紫外光的功率密度为8000mW/cm2。
更进一步说明，步骤D中，所述氮化镓纳米孔阵列的刻蚀速率为400～600nm/min；
步骤F中，所述氮化镓纳米线阵列的刻蚀速率为100～150nm/min。
刻蚀速率与贵金属的种类、刻蚀液中关键成分的浓度和紫外光的功率密度有关，本方案通过对上述因素进行调整，使氮化镓纳米孔阵列的刻蚀速率达到400～600nm/min，氮化镓纳米线阵列的刻蚀速率达到100～150nm/min，从而有利于提升氮化镓纳米线阵列的加工效率。
更进一步说明，步骤B中，所述贵金属掩膜的厚度为10～14nm，所述贵金属掩膜中的贵金属为Pt、Au或Ag中的任意一种；
步骤E的具体步骤为：将步骤D中氮化镓晶圆浸泡在贵金属去除剂中去除贵金属掩膜，然后利用去离子水充分清洗；其中，所述贵金属去除剂包括去离子水、盐酸和硝酸，且按照质量比，所述去离子水、所述盐酸和所述硝酸的混合比例为8：7：1。
在本技术方案的一个优选实施例中，将贵金属掩膜的厚度优选为10～14nm，且贵金属掩膜中的贵金属为Pt、Au或Ag中的任意一种，有利于确保贵金属掩膜的促进作用。更优选的，所述贵金属掩膜中的贵金属为Pt。
更进一步说明，步骤A的具体步骤为：将氮化镓晶圆浸泡于丙酮中进行超声清洗,然后利用去离子水冲洗后使用高纯氮气吹干；再使用等离子清洗仪将超声清洗后的氮化镓晶圆进行等离子清洗；通过匀胶机在等离子清洗后的氮化镓晶圆的上表面自组装单层聚苯乙烯纳米微球，并通过等离子体刻蚀得到直径为50～500nm的聚苯乙烯纳米微球。
在氮化镓晶圆的清洗过程中，本方案先对其进行超声清洗，再进行等离子清洗，而进行等离子清洗有利于改善氮化镓晶圆表面的亲水性，使得聚苯乙烯纳米微球更易吸附在氮化镓晶圆表面。
需要说明的是，本方案中可将单层聚苯乙烯纳米微球的直径控制在50～500nm内，以便于得到理想直径的阵列孔模板。
更进一步说明，步骤A中，所述氮化镓晶圆为5×5mm的N型氮化镓晶圆。
在本技术方案的一个更优实施例中，使用5×5mm的N型氮化镓晶圆进行加工，有利于确保氮化镓晶圆能够更好地被湿法刻蚀技术进行加工。
一种氮化镓纳米线阵列，使用上述的氮化镓纳米线阵列的加工方法加工而成。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
A、将5×5mm的N型氮化镓晶圆浸泡于丙酮中进行超声清洗,然后利用去离子水冲洗后使用高纯氮气吹干；再使用等离子清洗仪将超声清洗后的氮化镓晶圆进行等离子清洗；通过匀胶机在等离子清洗后的氮化镓晶圆的上表面自组装单层聚苯乙烯纳米微球，并通过等离子体刻蚀得到聚苯乙烯纳米微球；
B、在步骤A的单层聚苯乙烯纳米微球的上表面溅射厚度为10nm的Pt掩膜；
C、将步骤B的氮化镓晶圆浸泡在丙酮溶液中，超声清洗去除聚苯乙烯纳米微球；
D、将步骤C的氮化镓晶圆浸没于刻蚀液中，在功率密度为8000mW/cm2的紫外光照射下进行金属辅助光化学刻蚀10min后清洗得到氮化镓纳米孔阵列，其扫描电子显微镜图如图1所示；
E、将步骤D中氮化镓晶圆浸泡在贵金属去除剂中去除Pt掩膜，然后利用去离子水充分清洗；其中，贵金属去除剂包括去离子水、盐酸和硝酸，且按照质量比，去离子水、盐酸和硝酸的混合比例为8：7：1；
F、将步骤E的氮化镓晶圆浸没于刻蚀液中，在功率密度为8000mW/cm2的紫外光照射下进行无电极光电化学刻蚀10min后清洗得到氮化镓纳米线阵列，其扫描电子显微镜图如图2所示，且得到的氮化镓纳米线阵列具有较好的均匀性和独立性；其中，步骤D和步骤F中的刻蚀液均为氢氧化钾和过硫酸钾的混合水溶液，氢氧化钾的浓度为0.1mol/L，过硫酸钾的浓度为0.1mol/L。
实施例2
A、将5×5mm的N型氮化镓晶圆浸泡于丙酮中进行超声清洗,然后利用去离子水冲洗后使用高纯氮气吹干；再使用等离子清洗仪将超声清洗后的氮化镓晶圆进行等离子清洗；通过匀胶机在等离子清洗后的氮化镓晶圆的上表面自组装单层聚苯乙烯纳米微球，并通过等离子体刻蚀得到聚苯乙烯纳米微球；
B、在步骤A的单层聚苯乙烯纳米微球的上表面溅射厚度为12nm的Au掩膜；
C、将步骤B的氮化镓晶圆浸泡在丙酮溶液中，超声清洗去除聚苯乙烯纳米微球；
D、将步骤C的氮化镓晶圆浸没于刻蚀液中，在功率密度为8000mW/cm2的紫外光照射下进行金属辅助光化学刻蚀12min后清洗得到氮化镓纳米孔阵列；
E、将步骤D中氮化镓晶圆浸泡在贵金属去除剂中去除Au掩膜，然后利用去离子水充分清洗；其中，贵金属去除剂包括去离子水、盐酸和硝酸，且按照质量比，去离子水、盐酸和硝酸的混合比例为8：7：1；
F、将步骤E的氮化镓晶圆浸没于刻蚀液中，在功率密度为8000mW/cm2的紫外光照射下进行无电极光电化学刻蚀12min后清洗得到氮化镓纳米线阵列，且得到的氮化镓纳米线阵列具有较好的均匀性和独立性；其中，步骤D和步骤F中的刻蚀液均为氢氧化钾和过硫酸钾的混合水溶液，氢氧化钾的浓度为0.12mol/L，过硫酸钾的浓度为0.08mol/L。
实施例3
A、将5×5mm的N型氮化镓晶圆浸泡于丙酮中进行超声清洗,然后利用去离子水冲洗后使用高纯氮气吹干；再使用等离子清洗仪将超声清洗后的氮化镓晶圆进行等离子清洗；通过匀胶机在等离子清洗后的氮化镓晶圆的上表面自组装单层聚苯乙烯纳米微球，并通过等离子体刻蚀得到聚苯乙烯纳米微球；
B、在步骤A的单层聚苯乙烯纳米微球的上表面溅射厚度为14nm的Ag掩膜；
C、将步骤B的氮化镓晶圆浸泡在丙酮溶液中，超声清洗去除聚苯乙烯纳米微球；
D、将步骤C的氮化镓晶圆浸没于刻蚀液中，在功率密度为8000mW/cm2的紫外光照射下进行金属辅助光化学刻蚀15min后清洗得到氮化镓纳米孔阵列；
E、将步骤D中氮化镓晶圆浸泡在贵金属去除剂中去除Au掩膜，然后利用去离子水充分清洗；其中，贵金属去除剂包括去离子水、盐酸和硝酸，且按照质量比，去离子水、盐酸和硝酸的混合比例为8：7：1；
F、将步骤E的氮化镓晶圆浸没于刻蚀液中，在功率密度为8000mW/cm2的紫外光照射下进行无电极光电化学刻蚀15min后清洗得到氮化镓纳米线阵列，且得到的氮化镓纳米线阵列具有较好的均匀性和独立性；其中，步骤D和步骤F中的刻蚀液均为氢氧化钾和过硫酸钾的混合水溶液，氢氧化钾的浓度为0.08mol/L，过硫酸钾的浓度为0.12mol/L。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氮化镓纳米线阵列的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、清洗氮化镓晶圆，并在清洗后的氮化镓晶圆的上表面自组装单层聚苯乙烯纳米微球，并通过等离子体刻蚀得到所需直径的聚苯乙烯纳米微球；
B、在步骤A的单层聚苯乙烯纳米微球的上表面溅射贵金属掩膜；
C、将步骤B的氮化镓晶圆浸泡在丙酮溶液中，超声清洗去除聚苯乙烯纳米微球；
D、将步骤C的氮化镓晶圆浸没于刻蚀液中，在紫外光的照射下进行金属辅助光化学刻蚀后清洗得到氮化镓纳米孔阵列；其中，所述氮化镓纳米孔阵列的纳米孔深度大于3μm；
E、去除步骤D中氮化镓晶圆上表面的贵金属掩膜并清洗；
F、将步骤E的氮化镓晶圆浸没于刻蚀液中，在紫外光的照射下进行无电极光电化学刻蚀后清洗得到氮化镓纳米线阵列；其中，步骤D和步骤F中的刻蚀液均为氢氧化钾和过硫酸钾的混合水溶液，所述氮化镓纳米线阵列的纳米线直径为30～50nm。
2.根据权利要求1所述的一种氮化镓纳米线阵列的加工方法，其特征在于，所述氢氧化钾和过硫酸钾的混合水溶液中，所述氢氧化钾的浓度为0.08～0.12mol/L，所述过硫酸钾的浓度为0.08～0.12mol/L。
3.根据权利要求2所述的一种氮化镓纳米线阵列的加工方法，其特征在于，所述氢氧化钾和过硫酸钾的混合水溶液中，所述氢氧化钾的浓度为0.1mol/L，所述过硫酸钾的浓度为0.1mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种氮化镓纳米线阵列的加工方法，其特征在于，
步骤D中，所述金属辅助光化学刻蚀步骤的紫外光的功率密度为8000～10000mW/cm2；
步骤F中，所述无电极光电化学刻蚀步骤的紫外光的功率密度为6000～8000mW/cm2。
5.根据权利要求4所述的一种氮化镓纳米线阵列的加工方法，其特征在于，
步骤D中，所述金属辅助光化学刻蚀步骤的紫外光的功率密度为8000mW/cm2；
步骤F中，所述无电极光电化学刻蚀的紫外光的功率密度为8000mW/cm2。
6.根据权利要求1所述的一种氮化镓纳米线阵列的加工方法，其特征在于，
步骤D中，所述氮化镓纳米孔阵列的刻蚀速率为400～600nm/min；
步骤F中，所述氮化镓纳米线阵列的刻蚀速率为100～150nm/min。
7.根据权利要求1所述的一种氮化镓纳米线阵列的加工方法，其特征在于，
步骤B中，所述贵金属掩膜的厚度为10～14nm，所述贵金属掩膜中的贵金属为Pt、Au或Ag中的任意一种；
步骤E的具体步骤为：将步骤D中氮化镓晶圆浸泡在贵金属去除剂中去除贵金属掩膜，然后利用去离子水充分清洗；其中，所述贵金属去除剂包括去离子水、盐酸和硝酸，且按照质量比，所述去离子水、所述盐酸和所述硝酸的混合比例为8：7：1。
8.根据权利要求1所述的一种氮化镓纳米线阵列的加工方法，其特征在于，步骤A的具体步骤为：将氮化镓晶圆浸泡于丙酮中进行超声清洗,然后利用去离子水冲洗后使用高纯氮气吹干；再使用等离子清洗仪将超声清洗后的氮化镓晶圆进行等离子清洗；通过匀胶机在等离子清洗后的氮化镓晶圆的上表面自组装单层聚苯乙烯纳米微球，并通过等离子体刻蚀得到直径为50～500nm的聚苯乙烯纳米微球。
9.根据权利要求1所述的一种氮化镓纳米线阵列的加工方法，其特征在于，步骤A中，所述氮化镓晶圆为5×5mm的N型氮化镓晶圆。
10.一种氮化镓纳米线阵列，其特征在于，使用权利要求1～9任意一项所述的氮化镓纳米线阵列的加工方法加工而成。
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