摘要: 直接带隙宽禁带半导体材料GaN是目前发展高温、高频、大功率电子器件的最重要材料之一,深受国际上的关注。因此,GaN材料的研究已成为当前半导体科学技术的前沿领域和热点。本文采用简单的化学气相沉积法,系统地研究了平直、Z形和锯齿状GaN纳米线、GaN... 展开 直接带隙宽禁带半导体材料GaN是目前发展高温、高频、大功率电子器件的最重要材料之一,深受国际上的关注。因此,GaN材料的研究已成为当前半导体科学技术的前沿领域和热点。本文采用简单的化学气相沉积法,系统地研究了平直、Z形和锯齿状GaN纳米线、GaN纳米管以及GaN薄膜的制备,及其生长机理。同时开创性地采用水热氨化两步法制备出了GaN纳米片状结构及由棒状物类阵列排列组成的GaN薄膜,并对它们的形貌、结构光学性质及生长机理进行了系统的研究。主要结果如下: 1、利用FESEM、XRD、TEM和PL对平直、Z形和锯齿状GaN纳米线、GaN纳米管及GaN薄膜的形貌、成分、晶体结构和发光性能进行了研究,得出:(1)平直纳米线直径在20-90nm范围内,长度达数十个微米,整根GaN纳米线为六方纤锌矿结构,其生长过程始终沿着(100)面。其初始生长机理主要以VLS,当金颗粒被包裹在纳米线内部后其生长机理转变为VS;纳米线的本征发光峰出现微小的蓝移,并有杂质峰的出现;(2)在制备平直纳米线实验条件的基础上通过在反应物中加入一定量的氧化锌,由于Zn元素的掺杂使产物变为Z形GaN纳米线,它是由沿着轴向为[0112]和[0112]方向的A和B两部分交替组成,同样属于VLS生长机制。由于Zn元素的掺入,其XRD峰向左平移了0.1。,420nm处出现了较强的发光峰;(3)通过改变升温速率,反应物的饱和蒸汽压发生变化,产物由Z形转变成锯齿状。锯齿状纳米线同样遵循的是VLS生长机制,它是由棱为<2113>晶向族组成的十二面体贯穿在一起形成的;(4)以Ag纳米线为模板,经化学气相沉积及酸腐蚀后,得到长度与Ag纳米线相当GaN微纳米管,Ag掺入部分GaN使其能带转变为1.89 eV,由于Ag纳米线的局域表面等离子体的耦合作用,从而加强Ag掺杂GaN的发光峰;(5)得到了CVD法在Si沉底上制备GaN薄膜的最佳参数为:反应温度为950℃,氨气流量为30sccm,反应时间30min。 2.以水为溶剂,硝酸镓为镓源,水热法合成GaOOH纳米片状粉末及棒状物组成的薄膜,再经退火和高温氨化后,得到Ga2O3和GaN的粉末及薄膜,两者的微观形貌均与GaOOH的相同。该方法分水热和氨化两步完成,可通过控制第一步水热反应时形成的GaOOH的形貌而控制第二步氨化后得到的GaN的形貌。同时该方法可以减少杂质的引入,且制备出的GaN薄膜具有一定的C轴趋向性,为简单低成本制备高质量GaN材料提供了可能。 收起