GaN與Ga2O3納米材料的制備與生長(zhǎng)機(jī)理.pdf

1、隨著半導(dǎo)體光電技術(shù)的日益發(fā)展，寬禁帶半導(dǎo)體材料已經(jīng)成為半導(dǎo)體材料研究的熱點(diǎn)之一。GaN和Ga2O3都是良好寬禁帶半導(dǎo)體材料，其中GaN作為第Ⅲ代半導(dǎo)體材料的典型代表則被認(rèn)為是制造藍(lán)光二極管和大功率光電子器件最為理想的材料，其研究備受矚目;而Ga2O3作為一種金屬氧化物半導(dǎo)體材料，在氣敏傳感器、紫外探測(cè)器、深紫外透明電極以及太陽能電池等方面都有很好的應(yīng)用潛力。只有獲得大量均勻、清潔且尺寸、結(jié)構(gòu)和成分可控的低維納米材料，才能有效地研究其性質(zhì)

2、，進(jìn)而將其組裝成納米器件。但是，目前對(duì)在Si基體上GaN和Ga2O3納米材料的合成方法、微觀結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)機(jī)理及物性研究等方面還處在一個(gè)初級(jí)階段，仍有許多問題亟待解決。因此在這方面非常有必要進(jìn)行較為深入的研究。
　　本研究采用單晶Si作為基底材料，通過選用合理的制備原料，并篩選出合理的制備方法及工藝條件，來實(shí)現(xiàn)在Si基底上制備GaN和Ga2O3低維納米材料。實(shí)驗(yàn)中以Ga2O3粉末作為反應(yīng)原料，采用化學(xué)氣相沉積工藝流程和反應(yīng)系統(tǒng)，在Si

3、襯底上合成出不同形態(tài)的GaN和Ga2O3的納米結(jié)構(gòu)，在前人工作的基礎(chǔ)上，對(duì)制備工藝進(jìn)行了研究，并對(duì)其生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了初探。
　　獲得主要結(jié)論如下:
　　(1)在不使用催化劑的條件下，于950℃，改變反應(yīng)氣體NH3和Ar兩種氣體的通入比例和Si基底的位置放置可以影響產(chǎn)物的形貌，當(dāng)NH3/Ar流量比為1∶1時(shí)制備GaN納米線為最佳;當(dāng)Si基底放置距源15cm時(shí)，制備出GaN納米線。GaN納米線的生長(zhǎng)機(jī)理為Ga2O3分解出的Ga通過

4、自催化和拓展自催化VLS生長(zhǎng)機(jī)制協(xié)同作用。
　　(2)采用升華溫度低的Zn粉作為反應(yīng)原料蒸發(fā)促進(jìn)劑，C粉作為還原劑，將基片置于距Ga2O3源12～17cm處，都能獲得GaN薄膜;但在在距源17cm處，在硅基片上可以比較容易地制得GaN納米針，其PL譜在374nm處出現(xiàn)吸收峰，該GaN納米針具有紫外光發(fā)射功能。
　　(3)以Ga2O3粉末為Ga源，以NH3為反應(yīng)氣體，Ar氣為保護(hù)氣體，在1125℃、真空度為342Torr時(shí)，在

5、硅襯底上可以沉積致密的GaN薄膜，然而采用升華夾心法于1050℃便可在硅襯底上制備出均勻、致密、缺陷少的GaN薄膜。在Si基底的側(cè)面沉積有沿[0001]方向生長(zhǎng)的具有六棱柱結(jié)構(gòu)的GaN晶體。該薄膜的生長(zhǎng)為島狀形核生長(zhǎng)模式。
　　(4)以Ga2O3粉末為原料，于950℃，反應(yīng)時(shí)間為60min，反應(yīng)壓強(qiáng)為608Torr。當(dāng)H2氣體流量為25sccm，N2氣體流量為100sccm，Si基底放置在距源16cm時(shí)能制備出致密的Ga2O3薄膜