本文關鍵詞：Ⅲ-Ⅴ族半導體納米結構的合成和光電性質研究　出處：《湖南大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：近年來,隨著高性能器件的需求提高,III-V族半導體納米結構因其有很高的電子遷移率以及獨特的光電性能而廣受研究者的注目。同時,其在紅外光譜范圍的激光器、探測器等很多方面也有著廣泛的應用,如國防、通訊、醫(yī)療等方面。當代流行制備III-V族半導體納米結構的主要手段是金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD),分子束外延(MBE)等方法。這些設備雖然能很好地服務于產業(yè)化,但是其高昂的成本以及前驅體的劇毒特性局限了上述方法的大面積推廣。為了達到成本低廉、操作簡單、毒性減小等目的,本文用傳統的化學氣相沉積法來制備多種III-V族半導體納米結構,其中包括Ga Sb-Ga In Sb異質結納米線,Ga As Sb合金納米線,In As納米帶和部分可調諧的Ga In PSb納米線及In As Sb合金納米線。研究制備的III-V族半導體納米結構的形貌、成分及其結構;利用紅外光譜測量系統對樣品進行光致發(fā)光的研究;利用半導體參數儀測試其納米器件的電學特性;通過光電結合研究樣品在紅外光譜范圍的光電響應;本文取得的幾項研究成果如下:1.首次采用化學氣相沉積法制備了III-V族異質結納米線(Ga Sb-Ga In Sb),并通過半導體生長過程中的原位能帶調控技術,成功實現了具有很好整流特性的pn型異質納米線。這種半導體納米線在微區(qū)光譜上能實現兩個獨立的發(fā)光峰,通過測量其不同溫度下的發(fā)光光譜,確定了兩個獨立的發(fā)光峰來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構是異質結納米線�；诋愘|結納米線的光電探測器有著較寬的光電響應譜,并且在1.5μm近紅外通訊波段有著最強的響應,可以利用該探測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型異質結納米線,可使得光電器件有著更快的響應時間,在實驗中測量到光電探測器有著2ms的響應時間。2.采用CVD方法制備近紅外區(qū)域的合金納米線(Ga As Sb),該合金納米線的帶隙可從0.75e V到1.424e V,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化的最高值能覆蓋近紅外光通訊波段。通過調節(jié)樣品的配比實現Ga As0.26Sb0.74納米線的制備,并對制備的樣品進行拉曼和成分的表征,確定納米線的組分及結晶性。通過拉曼光譜以及光致發(fā)光光譜來對樣品的組分進行驗證。用Ga As0.26Sb0.74納米線制備光電器件,實現了對近紅外區(qū)域較寬波長的紅外探測,并且這一探測器在1.3μm處的光響應及外量子效率最大,這是又一紅外光通訊波段探測最佳的探測器材料�？梢赃x擇不同組分的合金納米線從而能實現近紅外區(qū)域的選擇性探測。3.首次采取CVD方法實現III-V族半導體納米帶的生長,成功地制備出高質量的In As納米帶。In As納米帶的制備成功為III-V族半導體納米材料注入了新成員。通過對In As納米帶的結構和形貌表征,可以得出In As納米帶具有很高的結晶質量并且沒有缺陷,且從透射電鏡及文獻調研可以得出生長出無缺陷或者很少缺陷的III-V族納米材料時需要材料的生長方向不是沿著常見的111方向生長,而是沿著閃鋅礦的非111方向及纖鋅礦的非001方向生長。對于In As納米帶的生長則是沿著110方向生長,這也為納米帶的外延提供了選擇性生長方向。通過對比試驗,以及生長環(huán)境的研究并結合生長方向的研究,探索并研究其生長機理。提出了In As納米帶生長機理的合理解釋。采用高分子有機物對納米帶的表面進行包覆,改善了納米帶的光致發(fā)光。用In As納米帶制備了光電探測器,研究了器件的性能,并且與In As納米線光電器件進行對比,并解釋了In As納米帶器件具有高性能的原因。由于In As本身的高遷移率特性以及納米帶的高結晶性,用其所制備的納米器件能為高頻器件在納米尺度的應用提供新材料。
[Abstract]:In recent years , with the increasing demand of high - performance devices , the III - V semiconductor nano - structure has been widely used in many fields such as national defense , communication , medical treatment and so on . The growth mechanism of In As nanoribbons is studied by Raman spectroscopy and photoluminescence spectra .

【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN304.2;TB383.1

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本文編號：1410632