Ⅲ～Ⅴ族半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的合成和光電性質(zhì)研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著高性能器件的需求提高，III-V族半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)因其有很高的電子遷移率以及獨(dú)特的光電性能而廣受研究者的注目。同時(shí)，其在紅外光譜范圍的激光器、探測(cè)器等很多方面也有著廣泛的應(yīng)用，如國(guó)防、通訊、醫(yī)療等方面。當(dāng)代流行制備 III-V族半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的主要手段是金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（MOCVD），分子束外延（MBE）等方法。這些設(shè)備雖然能很好地服務(wù)于產(chǎn)業(yè)化，但是其高昂的成本以及前驅(qū)體的劇毒特性局限了上述方法的大面積推廣。為了達(dá)到成本

2、低廉、操作簡(jiǎn)單、毒性減小等目的，本文用傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積法來(lái)制備多種 III-V族半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)，其中包括 GaSb-GaInSb異質(zhì)結(jié)納米線，GaAsSb合金納米線，InAs納米帶和部分可調(diào)諧的GaInPSb納米線及InAsSb合金納米線。研究制備的III-V族半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的形貌、成分及其結(jié)構(gòu)；利用紅外光譜測(cè)量系統(tǒng)對(duì)樣品進(jìn)行光致發(fā)光的研究；利用半導(dǎo)體參數(shù)儀測(cè)試其納米器件的電學(xué)特性；通過(guò)光電結(jié)合研究樣品在紅外光譜范圍的光電響應(yīng)；本文取

3、得的幾項(xiàng)研究成果如下：
　　1.首次采用化學(xué)氣相沉積法制備了III-V族異質(zhì)結(jié)納米線（GaSb-GaInSb），并通過(guò)半導(dǎo)體生長(zhǎng)過(guò)程中的原位能帶調(diào)控技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了具有很好整流特性的pn型異質(zhì)納米線。這種半導(dǎo)體納米線在微區(qū)光譜上能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)獨(dú)立的發(fā)光峰，通過(guò)測(cè)量其不同溫度下的發(fā)光光譜，確定了兩個(gè)獨(dú)立的發(fā)光峰來(lái)自于納米線中兩種不同組分的發(fā)光，從而證明合成的納米結(jié)構(gòu)是異質(zhì)結(jié)納米線?；诋愘|(zhì)結(jié)納米線的光電探測(cè)器有著較寬的光電響應(yīng)譜，并且在

4、1.5μm近紅外通訊波段有著最強(qiáng)的響應(yīng)，可以利用該探測(cè)器制備紅外通訊波段的集成器件，由于制備器件使用的是pn型異質(zhì)結(jié)納米線，可使得光電器件有著更快的響應(yīng)時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)中測(cè)量到光電探測(cè)器有著2ms的響應(yīng)時(shí)間。
　　2.采用CVD方法制備近紅外區(qū)域的合金納米線（GaAsSb），該合金納米線的帶隙可從0.75eV到1.424eV，樣品的發(fā)光范圍能從870nm覆蓋到1700nm，這樣樣品的吸收光譜以及光電轉(zhuǎn)化的最高值能覆蓋近紅外光通訊波段。

5、通過(guò)調(diào)節(jié)樣品的配比實(shí)現(xiàn) GaAs0.26Sb0.74納米線的制備，并對(duì)制備的樣品進(jìn)行拉曼和成分的表征，確定納米線的組分及結(jié)晶性。通過(guò)拉曼光譜以及光致發(fā)光光譜來(lái)對(duì)樣品的組分進(jìn)行驗(yàn)證。用GaAs0.26Sb0.74納米線制備光電器件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)近紅外區(qū)域較寬波長(zhǎng)的紅外探測(cè)，并且這一探測(cè)器在1.3μm處的光響應(yīng)及外量子效率最大，這是又一紅外光通訊波段探測(cè)最佳的探測(cè)器材料?？梢赃x擇不同組分的合金納米線從而能實(shí)現(xiàn)近紅外區(qū)域的選擇性探測(cè)。
　　

6、3.首次采取CVD方法實(shí)現(xiàn)III-V族半導(dǎo)體納米帶的生長(zhǎng)，成功地制備出高質(zhì)量的InAs納米帶。InAs納米帶的制備成功為 III-V族半導(dǎo)體納米材料注入了新成員。通過(guò)對(duì)InAs納米帶的結(jié)構(gòu)和形貌表征，可以得出 InAs納米帶具有很高的結(jié)晶質(zhì)量并且沒(méi)有缺陷，且從透射電鏡及文獻(xiàn)調(diào)研可以得出生長(zhǎng)出無(wú)缺陷或者很少缺陷的III-V族納米材料時(shí)需要材料的生長(zhǎng)方向不是沿著常見(jiàn)的<111>方向生長(zhǎng)，而是沿著閃鋅礦的非<111>方向及纖鋅礦的非<001>

7、方向生長(zhǎng)。對(duì)于InAs納米帶的生長(zhǎng)則是沿著<110>方向生長(zhǎng)，這也為納米帶的外延提供了選擇性生長(zhǎng)方向。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，以及生長(zhǎng)環(huán)境的研究并結(jié)合生長(zhǎng)方向的研究，探索并研究其生長(zhǎng)機(jī)理。提出了InAs納米帶生長(zhǎng)機(jī)理的合理解釋。采用高分子有機(jī)物對(duì)納米帶的表面進(jìn)行包覆，改善了納米帶的光致發(fā)光。用InAs納米帶制備了光電探測(cè)器，研究了器件的性能，并且與 InAs納米線光電器件進(jìn)行對(duì)比，并解釋了InAs納米帶器件具有高性能的原因。由于InAs本身的高遷