GaN/ZnO(Cu2O)纳米线异质结的制备及其光电特性

摘要

氮化镓(GaN)是一种具有宽禁带(3.4eV)的直接带隙半导体材料，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料，具有优越的热稳定性、化学性质和光电特性。由于其在高温大功率器件和高频微波器件尤其是蓝光、紫外光等短波光电子器件有着诱人的应用前景，GaN纳米材料的制备已经引起了人们极大兴趣和广泛关注，目前已成为全球纳米领域研究的前沿和热点。氧化锌(ZnO)是一种多功能的Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体材料，在室温下具有直接带隙宽禁带(3.3eV)，其激子束缚能为60meV，因而具有高效的激子发射，在半导体激光器、太阳能电池以及发光二极管等领域具有广阔的应用前景。针对GaN和ZnO纳米材料在发光二极管中的应用，我们成功合成了GaN基和ZnO基纳米线异质结，并系统研究了其光电特性，本论文主要工作如下:
　　1.利用物理气相沉积法(PVD)，我们成功制备了n-GaN/p-Cu2O异质结:以Si(111)、金刚石(111)和Cu2O(111)作为衬底，在三种衬底表面用PVD技术外延生长GaN纳米线阵列。用扫描电镜、高分辨透射电镜、选区电子衍射和能量散射谱分别对样品的形貌、结构以及化学成分进行了表征和分析，实验结果显示，这些纤锌矿结构的纳米线几乎垂直的生长在衬底表面，原因在于GaN纳米线的(1(1)00)面和Cu2O的(111)面有着较好的晶格匹配度。此外，紫外光致发光光谱(UVPL)表明，GaN/Cu2O异质结的发光强度均比之前报道的GaN/Si和GaN/Diamond高，显示出GaN/Cu2O异质结优异的发光性质。这些结果表明:制备的GaN/Cu2O纳米异质结在制作紫外光电器件方面有着潜在的应用价值。
　　2.我们利用化学气相沉积(CVD)技术在硅(010)衬底上成功制备了单根n-ZnO/p-GaN异质结纳米线:基于CVD技术，首先在Si衬底上生长出p-AlGaN纳米线阵列，之后在其纳米线顶部继续沉积n-ZnO纳米线。高分辨透射电镜和选区电子衍射表明n-ZnO纳米线很好的生长在p-AlGaN纳米线顶面，并且二者均呈六方纤锌矿结构。首先，以Au/Ti作为电极对单根异质结纳米线进行了I-V测试，结果显示该异质结纳米线具有类似二极管的整流特性，且Au/Ti/n-ZnO和Au/Ti/p-AIGaN均呈现出良好的欧姆特性。其次，在对异质结纳米线进行室温紫外电致发光测试中发现:随着电流的增大，其发光强度先增加后减小，且电流为4μA时发光强度最强。最后，利用PN结能带模型阐释了该n-ZnO/p-GaN LED的微区载流子复合及发光机制。该项研究成果为基于单根异质结纳米线在纳米发光器件及光源中的应用提供了可能性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 半导体纳米线概述

1．2．1 纳米线简介

1．2．2 纳米线的制备方法

1．2．3 半导体纳米线的结构与特性

1．3 GaN概述

1．3．1 GaN的理化特性

1．3．2 GaN的光电特性

1．3．3 GaN材料的制备方法

1．3．4 GaN基异质结研究进展

1．4 本文的研究意义及主要内容

参考文献

第二章 n-GaN／p-Cu2O纳米线异质结的制备及其发光特性

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 样品的制备

2．2．2 样品的表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 GaN／Cu2O异质结的形貌、结构及成分分析

2．3．2 光致发光特性

2．4 本章小结

参考文献

第三章 单根n-ZnO／p-AlGaN异质结纳米线的制备及其光电特性

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 样品的制备

3．2．2 样品的表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 场诱导表面光电压谱(FISPS)

3．3．2 形貌、结构及成分分析

3．3．3 单根异质结纳米线的Ⅰ-Ⅴ特性

3．3．4 电致发光特性(EL)

3．4 本章小结

参考文献

第四章 总结和展望

4．1 总结

4．2 展望

硕士期间发表的论文

致谢