一維GaN納米結(jié)構(gòu)和GaN薄膜的制備及其特性研究.pdf

1、本文采用氨化磁控濺射Ga2O3/BN薄膜的方法在硅襯底上合成了大量的一維GaN納米結(jié)構(gòu)，通過(guò)研究不同生長(zhǎng)條件對(duì)制備一維GaN納米結(jié)構(gòu)的影響，初步提出并探討了采用此方法合成一維GaN納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)制。采用溶膠—凝膠法和電泳沉積法在砷化鎵和硅襯底上制備出了GaN薄膜，研究了退火溫度對(duì)GaN薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和表面形貌的影響。 用射頻磁控濺射系統(tǒng)，首先在硅襯底上制備Ga2O3/BN薄膜，接著在氨氣氣氛中退火制備一維GaN納米結(jié)構(gòu)。用X射

2、線衍射(XRD)、傅里葉紅外吸收譜(FTIR)、X射線光電子能譜(XPS)、掃描電鏡(SEM)、高分辨透射電鏡(HRTEM)和光致發(fā)光譜(PL)等測(cè)試手段詳細(xì)分析了GaN納米材料的結(jié)構(gòu)、組分、形貌和光致發(fā)光特性。結(jié)果表明：合成的一維納米結(jié)構(gòu)為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的GaN。氨化溫度、氨化時(shí)間和BN層的厚度對(duì)一維GaN納米結(jié)構(gòu)的結(jié)晶程度和形貌具有很大的影響。室溫下用320nm波長(zhǎng)的光激發(fā)樣品表面，顯示出較強(qiáng)的373nm處的紫外光發(fā)射和434nm處

3、的弱紫光發(fā)射，發(fā)光強(qiáng)度隨氨化溫度的升高而逐漸增強(qiáng)，但發(fā)光峰位基本保持不變。由于合成的大部分納米結(jié)構(gòu)的直徑均大于GaN的玻爾激子半徑(11nm)，超出了量子限制效應(yīng)起作用的范圍，因此，對(duì)于373nm處的帶邊發(fā)光峰，與文獻(xiàn)報(bào)道的GaN體材料的發(fā)光峰相比，沒(méi)有發(fā)生藍(lán)移。對(duì)于紫光發(fā)射可歸結(jié)為缺陷或表面態(tài)發(fā)光。有關(guān)的發(fā)光機(jī)制還在進(jìn)一步的研究中。一維GaN納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)制可歸結(jié)為氣體—固體(VS)生長(zhǎng)機(jī)制，其中BN中間層在氨化過(guò)程中由于重組而產(chǎn)生

4、的缺陷和位錯(cuò)為GaN晶核的形成起到了至關(guān)重要的作用。 采用溶膠—凝膠法分別在砷化鎵和硅襯底上制備出了GaN薄膜。分別用XRD、XPS、SEM和PL等測(cè)試手段對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、表面形貌和光致發(fā)光特性進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：經(jīng)高溫退火后，樣品發(fā)生晶化，并生成六方纖鋅礦的GaN。隨著退火溫度的升高，晶粒尺寸變大，晶體質(zhì)量逐步提高。其中退火溫度為950℃時(shí)，樣品的結(jié)晶質(zhì)量和表面形貌最好。室溫下，在波長(zhǎng)為280nm光的激發(fā)下，可以觀察到385n

5、m處的強(qiáng)紫外光發(fā)射和峰位在440nm處的弱紫光發(fā)射以及475nm處的弱藍(lán)光發(fā)射，發(fā)光強(qiáng)度隨退火溫度的升高而增強(qiáng)。紫光和藍(lán)光可歸結(jié)為導(dǎo)帶到雜質(zhì)受主能級(jí)的輻射躍遷。在退火溫度為1000℃的硅襯底上制備的GaN薄膜樣品中還發(fā)現(xiàn)了呈輻射狀生長(zhǎng)的一維GaN納米線簇，這些納米線平直而光滑，為六方纖鋅礦GaN單晶納米線。 采用電泳沉積法在硅襯底上沉積GaN薄膜，并研究退火溫度對(duì)制備GaN薄膜的影響。退火熱處理后，詳細(xì)分析了薄膜的結(jié)構(gòu)、組分、形