GaN與Ga2O3納米材料的制備與生長機理.pdf

1、隨著半導體光電技術的日益發(fā)展，寬禁帶半導體材料已經(jīng)成為半導體材料研究的熱點之一。GaN和Ga2O3都是良好寬禁帶半導體材料，其中GaN作為第Ⅲ代半導體材料的典型代表則被認為是制造藍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體材料，在氣敏傳感器、紫外探測器、深紫外透明電極以及太陽能電池等方面都有很好的應用潛力。只有獲得大量均勻、清潔且尺寸、結構和成分可控的低維納米材料，才能有效地研究其性質

2、，進而將其組裝成納米器件。但是，目前對在Si基體上GaN和Ga2O3納米材料的合成方法、微觀結構、生長機理及物性研究等方面還處在一個初級階段，仍有許多問題亟待解決。因此在這方面非常有必要進行較為深入的研究。
　　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，來實現(xiàn)在Si基底上制備GaN和Ga2O3低維納米材料。實驗中以Ga2O3粉末作為反應原料，采用化學氣相沉積工藝流程和反應系統(tǒng)，在Si

3、襯底上合成出不同形態(tài)的GaN和Ga2O3的納米結構，在前人工作的基礎上，對制備工藝進行了研究，并對其生長機理進行了初探。
　　獲得主要結論如下:
　　(1)在不使用催化劑的條件下，于950℃，改變反應氣體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NH3/Ar流量比為1∶1時制備GaN納米線為最佳;當Si基底放置距源15cm時，制備出GaN納米線。GaN納米線的生長機理為Ga2O3分解出的Ga通過

4、自催化和拓展自催化VLS生長機制協(xié)同作用。
　　(2)采用升華溫度低的Zn粉作為反應原料蒸發(fā)促進劑，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為反應氣體，Ar氣為保護氣體，在1125℃、真空度為342Torr時，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基底的側面沉積有沿[0001]方向生長的具有六棱柱結構的GaN晶體。該薄膜的生長為島狀形核生長模式。
　　(4)以Ga2O3粉末為原料，于950℃，反應時間為60min，反應壓強為608Torr。當H2氣體流量為25sccm，N2氣體流量為100sccm，Si基底放置在距源16cm時能制備出致密的Ga2O3薄膜