氨化Si基Ga-,2-O-,3--Mo薄膜制備一維GaN和Ga-,2-O-,3-納米結構的研究.pdf

1、本文采用氨化磁控濺射不同中間層厚度的Ga2O3/Mo薄膜的方法在硅襯底上合成了GaN和Ga2O3納米結構。對其結構、形貌、組分和發(fā)光特性進行了深入的分析和研究，并對其發(fā)光機制和生長機制進行了初步探索，研究了不同生長條件對制備GaN和Ga2O3納米結構的影響。所取得的主要研究結果如下： 1.合成一維GaN納米結構利用磁控濺射系統(tǒng)先在Si襯底上制備Ga2O3/Mo薄膜(Mo和Ga2O3膜的厚度分別30nm和500nm)，接著在氨氣氣

2、氛中退火制備GaN納米結構。用x射線衍射(XRD)、傅里葉紅外吸收譜(FTIR)、X射線光電子能譜(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)和高分辨透射電鏡(HRTEM)等測試手段詳細分析了GaN納米材料的結構、組分和形貌特性。研究表明：合成的納米結構為六方纖鋅礦結構的GaN；不同的氨化溫度、氨化時間對合成GaN納米結構都有很大影響，表現(xiàn)為形貌各異的納米線、納米棒。 2.GaN光學特性和生長機制的探索室溫下，用波長為325nm光激發(fā)樣

3、品表面，顯示出較強的紫外發(fā)光峰(371.5nm處)。改變實驗條件，發(fā)光峰位置都沒有隨之發(fā)生移動，只是發(fā)光強度發(fā)生了變化。由于合成的大部分納米結構的直徑均大于GaN的波爾激子半徑(11nm)，超出了量子限制效應起作用的范圍，因此，對于371.5處的帶邊發(fā)光峰，與文獻報道的GaN體材料的發(fā)光峰相比，沒有發(fā)生藍移。GaN納米結構的牛長機制可歸結為氣體一固體(VS)生長機制，在高溫退火過程，Mo易于從Ga2O3獲得氧，這一過程一方面使Si表面的

4、表面能分布不再均勻，另一方面加速了Ga2O3的氮化，對GaN納米線的生長起到重要作用。 3.合成一維Ga2O3納米結構我們利用磁控濺射系統(tǒng)先在Si襯底上制備Ga2O3/Mo薄膜(Mo和Ga2O3膜的厚度分別為300nm和500nm)，接著在氨氣氣氛中退火制備Ga2O3納米結構。研究表明：合成的納米結構為β-Ga2O3；不同的退火溫度、退火時間對Ga2O3/Mo薄膜合成Ga2O3納米結構都有很大影響，表現(xiàn)為形貌各異的納米線、納米棒

5、。 4.Ga2O3光學特性和生長機制的探索室溫下，用波長為325nm光激發(fā)樣品表面，顯示出兩個明顯的藍光發(fā)光峰，分別位于411.5 nm和1437.6 nm。β-Ga2O3納米結構發(fā)光機制可用空位的存在來解釋。在受激后，由鎵空位形成的受主上會產(chǎn)生一個空穴，對應的由氧空位形成的施主上會產(chǎn)生一個電子，施主上的電子與受豐上的空穴復合就可以發(fā)射出一個藍光光子。有關的發(fā)光機制還在近一步的研究中。β-Ga2O3納米結構的生長機制可歸結為氣體—固體(