GaN納米結(jié)構(gòu)的CVD法制備與表征.pdf

1、GaN作為第三代半導(dǎo)體材料的代表,屬于寬禁帶(室溫下Eg=3.39eV)直接躍遷型半導(dǎo)體,它不僅具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì),而且具有電子漂移速度高、介電常數(shù)小、熱電性能好、發(fā)光效率高、耐高溫、抗輻射等特點而被廣泛用于制備藍、綠光發(fā)光二極管管(LED)、激光器(LD)、場效應(yīng)晶體管(FET),以及紫外探測器和高溫電子器件等.根據(jù)不斷降低器件尺寸的要求,制備納米尺寸的GaN納米結(jié)構(gòu)是很有必要的.
　　目前,GaN納米結(jié)構(gòu)主要在藍寶石(A

2、l2O3)襯底上生長.但作為襯底材料,藍寶石還有一定的弊端.首先,從工藝上來說,藍寶石硬度高且不易解理,很難切割成規(guī)則的小方塊.其次,藍寶石作為絕緣體并不能直接作為電極引出.再加上藍寶石襯底價格昂貴、器件工藝復(fù)雜,導(dǎo)熱差等缺點,并不利于大功率器件的制作.而硅襯底,價格便宜,工藝相對簡單,且易于解理,并且可作為電極直接引出.而且,開展硅基GaN納米結(jié)構(gòu)的外延生長可為硅基光電子集成的實現(xiàn)鋪平道路.所以Si作為襯底比藍寶石襯底更有吸引力.

3、r>　　生長GaN納米結(jié)構(gòu)的主流方法有:金屬有機物化學(xué)氣相沉積(MOCVD),分子束外延(MBE)和氫化物氣相外延(HVPE)等,其中以MOCVD最為常用.本文利用NiCl2作催化劑,CaF2作為分散劑,通過化學(xué)氣相沉積法(CVD,Chemical Vapor Deposition)在硅襯底上成功制備出了大量一維GaN納米結(jié)構(gòu).通過研究反應(yīng)溫度、時間、氣體流量、源的量及源與基片間距等因素對GaN的結(jié)晶質(zhì)量、表面形貌和發(fā)光特性的影響,確定

4、了此工藝條件下最佳的工藝參數(shù),并初步探索了一維GaN納米結(jié)構(gòu)的生長機制.
　　研究結(jié)果表明:分散劑CaF2的引入有效地降低了工藝溫度,且在不同工藝參數(shù)條件下生長出來的GaN納米結(jié)構(gòu)在形貌和質(zhì)量上都有較大差異.在最佳工藝參數(shù)條件下所制備納米線為單晶GaN,以六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)為主,直徑在20～50nm之間,長度約幾十個μm.并且在多次實驗樣品的SEM掃描圖片中,觀察到在納米結(jié)構(gòu)的頂端存在納米顆粒,因此將GaN納米結(jié)構(gòu)的生長機制初步歸結(jié)為

5、氣-液-固(VLS)生長機制.
　　單斜相β-Ga2O3,是一種具有極好熱穩(wěn)定性和傳導(dǎo)性的透明氧化物半導(dǎo)體材料,加上其具有獨特的電學(xué)和光學(xué)特性,在電子器件、太陽能電池以及高溫氣體傳感器件等新一代光電器件的應(yīng)用方面都有著極好的研究前景.基于前面良好的實驗結(jié)果,將實驗方法和思路借鑒過來,利用金屬Ga和CaF2粉末作為蒸發(fā)源,在Si基片上涂抹NiCl2作為催化劑,并在1050℃條件下成功氧化制備出了團簇生長的β-Ga2O3納米棒,直徑約