不同催化劑催化制備的GaN材料.pdf

1、GaN是一種直接寬帶隙半導(dǎo)體材料，它在發(fā)光二極管等方面具有廣泛的應(yīng)用前景，又由于材料的性能與其尺寸和形貌有關(guān)，目前采用微納米級的材料制造納米器件引起人們的廣泛關(guān)注，所以性能優(yōu)異的GaN納米材料的研究成為當(dāng)前的一個(gè)焦點(diǎn)。在制備高質(zhì)量GaN納米材料的過程中，催化劑起到了很重要的作用。本文用化學(xué)氣相沉積法(CVD)在Si(100)襯底上制備了微納米結(jié)構(gòu)的GaN，原料是熔融態(tài)的金屬Ga和氣態(tài)的NH3，研究了不同催化劑M(InCl3、Cu(NO3

2、)2、AgNO3、Au、Ag納米顆粒、Ag納米線、InCl3加B2O3、MgCl2加B2O3、Cu(NO3)2加B2O3、Au加B2O3）催化制備的GaN材料，并對制備的這些GaN材料的形貌、光電性能和形成機(jī)理進(jìn)行了探討。主要的研究結(jié)果如下:
　　 1、以Ag納米顆粒作催化劑制備了GaN微納米結(jié)構(gòu)，生成的自組裝GaN為六方纖鋅礦的類似小梯子的微納米單晶結(jié)構(gòu)，在不同的溫度下，GaN的發(fā)光性能和電學(xué)性能也有所不同，相對于強(qiáng)的紫外發(fā)光

3、峰，其它雜質(zhì)發(fā)光峰很微弱，且均呈p型導(dǎo)電。對本實(shí)驗(yàn)所得到的GaN微納米結(jié)構(gòu)的可能形成機(jī)理進(jìn)行了探討，得出:此結(jié)構(gòu)的長成先是沿著[001]晶向形成不光滑的GaN微納米棒狀結(jié)構(gòu)，接著在棒狀結(jié)構(gòu)表面沿著[100]方向生長自組裝的不規(guī)則短小微納米棒，最后形成GaN梯狀結(jié)構(gòu)。
　　 2、以InCl3作催化劑制備了GaN六方纖鋅礦的微米球狀團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，溫度不同，樣品的形貌就不同。所制備的GaN的發(fā)光峰為:有紫外發(fā)光峰、半峰寬較寬的紅光發(fā)光峰，

4、還出現(xiàn)了450-480nm的藍(lán)光峰。電學(xué)性能:950、1050℃時(shí)均呈p型導(dǎo)電，1000℃時(shí)呈n型導(dǎo)電。GaN微米球狀團(tuán)簇結(jié)構(gòu)形成機(jī)理為:隨著溫度的升高，形成的In-Ga-N形核從較小的不規(guī)則形狀逐漸變成球狀，最后球狀結(jié)構(gòu)直徑變大，所以GaN的球狀結(jié)構(gòu)密集度飽和，發(fā)生團(tuán)聚。而且GaN微米球在很短時(shí)間內(nèi)就長成了。
　　 3、以Cu(NO3)2做催化劑制備了GaN微納米棒狀結(jié)構(gòu)，隨著反應(yīng)溫度的升高，GaN的線狀結(jié)構(gòu)直徑越來越大，所以

5、GaN納米線逐漸變成GaN蠕蟲狀結(jié)構(gòu)，最后變成短小的微米級棒狀結(jié)構(gòu)。其發(fā)光峰有紫外光，也有紅光峰，結(jié)晶度較好的GaN發(fā)紫外光。GaN納米棒狀結(jié)構(gòu)形成機(jī)理為:高溫下形成Cu-Ga-N的液體小晶胚，逐漸長成GaN微納米線，由于催化劑的作用， GaN顆粒在線狀結(jié)構(gòu)的表面合成，形成了蠕蟲狀結(jié)構(gòu)。最后，GaN逐漸在表面能較低的面上堆積生長，形成GaN的Z形棒狀結(jié)構(gòu)。
　　 4、以金屬單質(zhì)（Au納米顆粒、Ag納米顆粒、Ag納米線）和金屬單質(zhì)