四方结构GaN纳米线制备、掺杂调控及其场发射性能研究

摘要

作为最重要的第三代半导体材料之一,纳米氮化镓(GaN)也引起了人们的广泛关注与重视.本文采用微波等离子体化学气相沉积(microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)系统,成功地制备出了四方截面的GaN纳米线,其纳米线半径为300—500 nm,长度为15—20μm.研究发现,通过调控掺杂Mg的比例,可以实现其截面结构从三方向四方转变.通过进一步地研究Mg掺杂调控其截面结构的物理机制,提出其三方-四方截面结构的转变应该来源于其纳米线的气-液-固(VLS)生长向自催化气-固(VS)生长模式的转变.对所制备的纳米线进行了光致发光(photoluminescence,PL)光谱分析,结果表明四方结构Mg掺杂GaN纳米线发光峰红移至386 nm.采用所制备的纳米线进行了场发射性能研究,结果表明四方结构Mg掺杂GaN纳米线开启电场为5.2 V/μm,并能保持较高电流密度,相较于三方结构未掺杂GaN纳米线场发射性能有一定提高,进而分析掺杂以及形貌结构对GaN纳米线场发射的影响机制.研究结果不仅给出了一种四方结构GaN纳米线的制备方法,同时也为纳米线结构调控提出了新的思路与方法,将为新型纳米线器件设计与制作提供了新的技术手段.