n-ZnO納米棒-p-GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的界面調(diào)控及生長工藝優(yōu)化.pdf

1、氧化鋅(ZnO)半導(dǎo)體材料在室溫下具有較寬的禁帶寬度（3.37 eV）和較高的激子束縛能(60 meV)，是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)短波長光電應(yīng)用尤其是紫外發(fā)光器件（紫外發(fā)光二極管，紫外激光器等）的優(yōu)質(zhì)材料之一。目前可重復(fù)、高質(zhì)量的p型ZnO材料難以實(shí)現(xiàn)，阻礙了ZnO基同質(zhì)PN結(jié)構(gòu)的器件應(yīng)用。由于GaN和 ZnO有相同的晶體結(jié)構(gòu)（纖鋅礦結(jié)構(gòu)）、相近的禁帶寬度和較小的晶格失配度(1.8％)，n-ZnO/p-GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn) ZnO基發(fā)光器件中具有獨(dú)特

2、優(yōu)勢。由于ZnO納米棒具有表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等特性，n-ZnO納米棒/p-GaN相對于n-ZnO薄膜/p-GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)，具有更為出色的光電性能，基于該結(jié)構(gòu)的研究受到了廣泛關(guān)注。ZnO納米棒的晶體質(zhì)量和光電性能是影響n-ZnO納米棒/p-GaN基器件光電性能的主要因素之一，而其質(zhì)量和性能是由ZnO/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的界面條件和生長工藝決定的。但是目前對于在GaN上生長的ZnO納米棒的研究，主要集中于改變GaN外延參數(shù)

3、或者ZnO生長條件以研究它們對于ZnO/GaN異質(zhì)結(jié)光電性能的影響，尚無關(guān)于GaN中位錯在其表面（即ZnO/GaN的界面）處的露頭對ZnO結(jié)構(gòu)和性能的影響的研究。
　　本文針對上述問題，通過濕法腐蝕調(diào)控p-GaN的位錯在ZnO/GaN界面處露頭的情況，研究在其表面生長的ZnO的形貌結(jié)構(gòu)及光學(xué)性能；之后研究界面調(diào)控前后ZnO納米棒隨著時間的演化過程，進(jìn)一步研究界面露頭對ZnO納米棒生長的影響機(jī)制，并對界面調(diào)控后的n-ZnO納米棒/p

4、-GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)從生長溫度和生長濃度等方面進(jìn)行工藝優(yōu)化。主要的研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　1．通過濕法腐蝕改變GaN中位錯在其表面（ZnO/GaN界面）位錯露頭情況，研究其對ZnO納米棒的晶體質(zhì)量和光學(xué)性能的影響。相對于未腐蝕、腐蝕5 min、腐蝕10 min的樣品，在腐蝕時間為8 min時，異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的 ZnO納米棒陣列最細(xì)、最密，光學(xué)性能最好。這是因?yàn)椋g時間為8 min的p-GaN中的位錯基本全部在界面處露頭，此時在其上生長

5、的ZnO容易附著而形成更多的形核種子，并且模版的位錯在表面的邊緣有助于誘導(dǎo)ZnO晶體的外延生長，此時得到的ZnO更加細(xì)密均勻，晶體質(zhì)量高，導(dǎo)致異質(zhì)結(jié)構(gòu)樣品光學(xué)性能更好。
　　2．通過研究在濕法腐蝕前后的GaN上生長的ZnO納米棒隨著生長時間的演化過程，揭示界面露頭對ZnO納米棒生長的影響機(jī)制。結(jié)果表明，經(jīng)過腐蝕處理的界面對于ZnO納米棒的形核及生長有促進(jìn)作用，可以使其形核及生長時間提前，這是因?yàn)榻缑娴奈诲e露頭處較之其他位置更為活潑

6、，更多的ZnO在位錯露頭處被吸附聚集，有利于ZnO的形核結(jié)晶。
　　3．通過改變生長溫度及生長濃度，研究這些工藝參數(shù)對在腐蝕調(diào)控界面后的ZnO納米棒的晶體結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：(1)95℃的生長溫度有助于獲得優(yōu)良的 ZnO納米棒，而過低(65℃)或過高(125℃)的溫度對 ZnO納米棒的生長不利，這是因?yàn)?ZnO的水熱生長是一個吸熱過程，低溫不利于反應(yīng)的進(jìn)行；此外，低溫導(dǎo)致反應(yīng)速率過低，不利于ZnO納米棒的結(jié)晶均勻性；而