GaN及其摻雜材料的合成與性能研究.pdf

1、GaN是一種優(yōu)異的寬帶隙Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料，具有十分優(yōu)良的化學(xué)和物理穩(wěn)定性，這些優(yōu)良的性能使其在商業(yè)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景，引起了人們的極大興趣和廣泛關(guān)注。本文采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)制備出了微納米結(jié)構(gòu)的GaN，并研究了N2流量、NH3流量、襯底、金屬緩沖層、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間以及摻雜劑Mn和Cu對(duì)制備的GaN微納米材料的結(jié)構(gòu)、形貌、光學(xué)和電學(xué)性能的影響，并對(duì)可能的形成機(jī)理進(jìn)行了初步探索。主要的研究結(jié)果如下:
　　1.

2、采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)，以金屬Ga和NH3為原料，對(duì)不同條件下合成的GaN的形貌、成分、晶體結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:(1)隨著N2流量的增加，產(chǎn)物GaN實(shí)現(xiàn)了由微米棒到蠕蟲(chóng)狀線再到光滑納米線的轉(zhuǎn)變。生成的GaN均為純物相的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出383 nm的近帶邊紫外發(fā)射峰和470 nm左右的藍(lán)光發(fā)射峰;(2)不同NH3流量下生成的GaN均為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，均出現(xiàn)了380 nm左右的近帶邊紫外峰以及以460 nm為中心波長(zhǎng)

3、的半高寬較大的藍(lán)光發(fā)射峰。在NH3流量為30 sccm時(shí)產(chǎn)物的結(jié)晶性能更好，且生成的納米線直徑均勻，表面光滑;(3)在Al、Ni和Fe金屬緩沖層上生成的GaN均為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的微米薄膜，均表現(xiàn)了很強(qiáng)的近帶邊紫外發(fā)射峰和中心波長(zhǎng)為672 nm半峰寬較大的紅光發(fā)射峰。其中Ni緩沖層上產(chǎn)物GaN的形貌均勻、結(jié)晶性能和光學(xué)性能更好。電阻大小依次為RNi＜ RFe＜RAl，遷移率大小依次為μN(yùn)i＜μFe＜μAl;(4)藍(lán)寶石襯底和Si襯底上的微

4、米片均為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，兩組樣品均為n型。但藍(lán)寶石襯底上產(chǎn)物的表面平整光滑、結(jié)晶性能和光學(xué)性能更好;(5)在不同的溫度下生成的GaN均為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，都出現(xiàn)了361 nm的近帶邊紫外發(fā)射峰和646 nm的紅光發(fā)射峰。但在950℃時(shí)產(chǎn)物為光滑的納米線，直徑均勻約100 nm，結(jié)晶性能和光學(xué)性能更好;(6)在15 min到45 min的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，反應(yīng)30 min時(shí)樣品的形貌較好，直徑均勻，結(jié)晶性能和光學(xué)性能最好。
　　2.隨著Mn