GaN-ZnO(Cu2O)納米線異質(zhì)結(jié)的制備及其光電特性.pdf

1、氮化鎵(GaN)是一種具有寬禁帶(3.4eV)的直接帶隙半導(dǎo)體材料，被譽為是繼第一代Ge、Si半導(dǎo)體材料、第二代GaAs、InP化合物半導(dǎo)體材料之后的第三代半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)越的熱穩(wěn)定性、化學(xué)性質(zhì)和光電特性。由于其在高溫大功率器件和高頻微波器件尤其是藍光、紫外光等短波光電子器件有著誘人的應(yīng)用前景，GaN納米材料的制備已經(jīng)引起了人們極大興趣和廣泛關(guān)注，目前已成為全球納米領(lǐng)域研究的前沿和熱點。氧化鋅(ZnO)是一種多功能的Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導(dǎo)

2、體材料，在室溫下具有直接帶隙寬禁帶(3.3eV)，其激子束縛能為60meV，因而具有高效的激子發(fā)射，在半導(dǎo)體激光器、太陽能電池以及發(fā)光二極管等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。針對GaN和ZnO納米材料在發(fā)光二極管中的應(yīng)用，我們成功合成了GaN基和ZnO基納米線異質(zhì)結(jié)，并系統(tǒng)研究了其光電特性，本論文主要工作如下:
　　1.利用物理氣相沉積法(PVD)，我們成功制備了n-GaN/p-Cu2O異質(zhì)結(jié):以Si(111)、金剛石(111)和Cu2O

3、(111)作為襯底，在三種襯底表面用PVD技術(shù)外延生長GaN納米線陣列。用掃描電鏡、高分辨透射電鏡、選區(qū)電子衍射和能量散射譜分別對樣品的形貌、結(jié)構(gòu)以及化學(xué)成分進行了表征和分析，實驗結(jié)果顯示，這些纖鋅礦結(jié)構(gòu)的納米線幾乎垂直的生長在襯底表面，原因在于GaN納米線的(1(1)00)面和Cu2O的(111)面有著較好的晶格匹配度。此外，紫外光致發(fā)光光譜(UVPL)表明，GaN/Cu2O異質(zhì)結(jié)的發(fā)光強度均比之前報道的GaN/Si和GaN/Diam

4、ond高，顯示出GaN/Cu2O異質(zhì)結(jié)優(yōu)異的發(fā)光性質(zhì)。這些結(jié)果表明:制備的GaN/Cu2O納米異質(zhì)結(jié)在制作紫外光電器件方面有著潛在的應(yīng)用價值。
　　2.我們利用化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)在硅(010)襯底上成功制備了單根n-ZnO/p-GaN異質(zhì)結(jié)納米線:基于CVD技術(shù)，首先在Si襯底上生長出p-AlGaN納米線陣列，之后在其納米線頂部繼續(xù)沉積n-ZnO納米線。高分辨透射電鏡和選區(qū)電子衍射表明n-ZnO納米線很好的生長在p-AlG

5、aN納米線頂面，并且二者均呈六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。首先，以Au/Ti作為電極對單根異質(zhì)結(jié)納米線進行了I-V測試，結(jié)果顯示該異質(zhì)結(jié)納米線具有類似二極管的整流特性，且Au/Ti/n-ZnO和Au/Ti/p-AIGaN均呈現(xiàn)出良好的歐姆特性。其次，在對異質(zhì)結(jié)納米線進行室溫紫外電致發(fā)光測試中發(fā)現(xiàn):隨著電流的增大，其發(fā)光強度先增加后減小，且電流為4μA時發(fā)光強度最強。最后，利用PN結(jié)能帶模型闡釋了該n-ZnO/p-GaN LED的微區(qū)載流子復(fù)合及發(fā)光機