硅基以ZnO為緩沖層制備GaN薄膜和一維納米結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文硅基以ZnO為緩沖層制備GaN薄膜和一維納米結(jié)構(gòu)的研究姓名：薛守斌申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專(zhuān)業(yè)：微電子學(xué)與固體電子學(xué)指導(dǎo)教師：莊惠照20070410山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文在Si襯底上利用脈沖激光沉積法和磁控濺射法制備ZnO薄膜，這兩種方法生長(zhǎng)的ZnO作為緩沖層。然后再利用磁控濺射法在緩沖層上濺射一層較厚的caz03薄膜(約為500nm)。研究表明：不同的ZnO層退火溫度、氨化溫度對(duì)Ga203／ZnO薄膜合成GaN納米

2、結(jié)構(gòu)都有很大影響，合成的一維納米結(jié)構(gòu)為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的單晶GaN，表現(xiàn)為形貌各異的納米線(xiàn)、納米棒、納米顆粒、簇狀結(jié)構(gòu)等。3GaN光學(xué)特性，室溫下，用波長(zhǎng)為298nm光激發(fā)樣品表面，出現(xiàn)373nm、436nm、474nm三處發(fā)光峰，改變實(shí)驗(yàn)條件發(fā)光蜂位置都沒(méi)有隨之發(fā)生移動(dòng)，只是發(fā)光強(qiáng)度發(fā)生了變化。對(duì)于中心位于373nm發(fā)光峰對(duì)應(yīng)于六方GaN納米結(jié)構(gòu)的近帶邊發(fā)射；由于合成GaN納米結(jié)構(gòu)對(duì)利用了ZnO緩沖層，在氨化過(guò)程中Zn原子將會(huì)擴(kuò)散到Ga

3、N中，所以對(duì)于位于436nm處的發(fā)光峰可能歸因于Zn雜質(zhì)能級(jí)的躍遷；也可能是由于C雜質(zhì)取代N原子造成的深受主能級(jí)到導(dǎo)帶的躍遷所致。位于474nm處的發(fā)光峰，是由于在氨化過(guò)程中和GaN重組過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷或表面態(tài)所致。4GaN生長(zhǎng)機(jī)制的探索首先在硅襯底上生長(zhǎng)ZnO緩沖層，然后退火，得到較高質(zhì)量的緩沖層，這將有利于隨后濺射生長(zhǎng)平整致密Ca203薄膜；另一方面，在高溫氨化的過(guò)程中，ZnO緩沖層將要揮發(fā)。雖然在氨化過(guò)程中Zn0會(huì)揮發(fā)，這不可避免

4、她產(chǎn)生缺陷和位錯(cuò)，形成了～些自組裝納米尺寸微孔，但在形成GaN的過(guò)程中仍能起到緩沖層的作用，能為隨后的GaN納米結(jié)構(gòu)晶核的形成提供了模板和生長(zhǎng)點(diǎn)。高溫下氨氣分解成NH2、NII、I12、N2等產(chǎn)物，固態(tài)Ga203與H2反應(yīng)生成中間產(chǎn)物Ga20，隨后與體系中氨氣反應(yīng)首先得到GaN晶核，這些晶核落在合適的生長(zhǎng)位置上，在作為下一個(gè)晶核生長(zhǎng)的依托點(diǎn)，在特定的條件下(該實(shí)驗(yàn)條件)繼續(xù)長(zhǎng)成GaN微晶，當(dāng)微晶的生長(zhǎng)方向沿著相同的方向生長(zhǎng)，就形成了單晶

5、GaN納米線(xiàn)、納米棒、納米顆粒。一維GaN納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)制可歸結(jié)為氣一固(VS)生長(zhǎng)機(jī)制。5較高質(zhì)量的GaN的制備在Si襯底上利用磁控濺射系統(tǒng)制備GaN薄膜，結(jié)果表明：緩沖層的厚度對(duì)GaN影響很大，緩沖層太薄，則不足以完全疏解硅襯底和氮化鎵外延層之間因晶格常數(shù)和熟膨脹系數(shù)失配引起的應(yīng)變，不利于GaN生長(zhǎng)，從而使薄膜的晶化質(zhì)量和表面形貌都不是很好；緩沖層太厚，則不能為GaN薄膜的提供表面平滑的生長(zhǎng)面，從而也降低了薄膜的晶化質(zhì)量和表面形貌