氮化鎵一維納米材料及薄膜的制備與表征.pdf

1、氮化鎵(GaN)是一種優(yōu)良的直接寬帶隙Ⅲ-V族化合物半導(dǎo)體材料，是當(dāng)前世界上最先進(jìn)的半導(dǎo)體材料之一。室溫下氮化鎵的禁帶寬度為3.39eV，具有高熔點(diǎn)、高臨界擊穿電場(chǎng)和高飽和漂移速度等優(yōu)點(diǎn)，是制作耐高溫、高壓和高功率光電器件的理想材料。目前，氮化鎵材料己經(jīng)成為世界各國(guó)研究的熱點(diǎn)。金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)和氫化物氣相外延(HVPE)等方法已經(jīng)成為制備氮化鎵材料的主流工藝，以MOCVD工藝使用的最為廣泛。采用上

2、述方法制備氮化鎵材料，存在著設(shè)備昂貴、工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)，在很大程度上限制了氮化鎵材料的制備、生產(chǎn)和應(yīng)用?，F(xiàn)在，國(guó)際上許多科研機(jī)構(gòu)正在探索新的工藝方法，試圖在合適的襯底上制備高質(zhì)量的氮化鎵薄膜。由于硅單晶具有質(zhì)量高、導(dǎo)熱系數(shù)高、價(jià)格低、易于解理和制作電極等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)疑是最具有潛力的襯底材料。近幾年來(lái)，由于氮化鎵一維納米材料在可見光和紫外光光電子器件方面的應(yīng)用前景十分誘人，國(guó)際上掀起了氮化鎵一維納米結(jié)構(gòu)材料的研究熱潮。 本文采用簡(jiǎn)單的化

3、學(xué)氣相沉積(CVD)方法，在硅襯底上制備了高質(zhì)量的氮化鎵一維納米材料和氮化鎵薄膜，分析了產(chǎn)物的組分和結(jié)構(gòu)，探討了CVD法制備氮化鎵一維納米材料和薄膜的生長(zhǎng)機(jī)制與影響因素。 1、以金屬鎵為鎵源，氨氣為氮源，采用CVD法在硅(100)襯底上直接合成了大量氮化鎵納米線，樣品經(jīng)X射線衍射(XRD)、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、能譜儀(EDS)、高分辨電鏡(HRTEM)、光致發(fā)光譜(PL)、X射線光電子能譜(XPS)測(cè)試，結(jié)果表明納米線

4、為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)晶體，長(zhǎng)度為數(shù)十微米，直徑介于20到120納米之間。通過(guò)分析生長(zhǎng)機(jī)理發(fā)現(xiàn)預(yù)先沉積在硅襯底上的金屬鎵在生長(zhǎng)納米線過(guò)程中起著重要的作用。 2、以氧化鎵為鎵源，氨氣為氮源，濺射于硅(100)襯底上的金屬鉑為催化劑，采用CVD法在不同的氨化時(shí)間內(nèi)(15分鐘/30分鐘/45分鐘)制備了不同形貌的氮化鎵一維納米材料；結(jié)果表明隨著氨化時(shí)間延長(zhǎng)納米線變長(zhǎng)，且納米線數(shù)量變大。將鎵源改為金屬鎵在不同的氨化溫度(900℃/925℃/9

5、50℃/975℃)制備了不同形貌的氮化鎵一維納米材料；結(jié)果表明隨著氨化溫度升高，氮化鎵一維納米材料發(fā)生了由線狀到帶狀再到線狀的變化。 3、以氧化鎵為鎵源，氨氣為氮源，涂覆于硅(100)襯底上的乙酸鎳為催化劑，采用CVD法在1000℃合成了氮化鎵納米棒，氮化鎵納米棒呈彎曲狀，表面光滑，直徑介于50到200納米之間，長(zhǎng)度介于2到10微米之間。將鎵源改為金屬鎵在900℃合成了大量高質(zhì)量的氮化鎵納米線，其表面光滑，長(zhǎng)度在30微米以上，直

6、徑介于15到100納米之間。氮化鎵納米線和納米棒的生長(zhǎng)均由VLS機(jī)理控制。 4、以氧化鎵為鎵源，氨氣為氮源，采用CVD法在硅(111)襯底上合成了一種由片狀微晶構(gòu)成的氮化鎵薄膜，工藝中沒(méi)有使用緩沖層。通過(guò)FESEM、EDS、XRD、HRTEM和PL對(duì)樣品進(jìn)行分析，生成物為質(zhì)量較好的純氮化鎵薄膜；薄膜表面平整、致密，沒(méi)有龜裂現(xiàn)象，與硅襯底結(jié)合緊密；PL測(cè)試結(jié)果表明氮化鎵薄膜的帶邊發(fā)射峰位于367納米處，同時(shí)出現(xiàn)了黃光發(fā)射峰。其生長(zhǎng)