【摘要】：本論文主要圍繞GaAs基納米結(jié)構(gòu)的表面態(tài)特性和表面修飾方法展開(kāi)了相關(guān)的研究工作。使用硫鈍化和表面制備Sb_2S_3納米顆粒這兩種方式對(duì)GaAs基納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表面修飾,有效改善了GaAs基納米結(jié)構(gòu)的表面態(tài),并且增強(qiáng)了GaAs基納米結(jié)構(gòu)的發(fā)光性能。通過(guò)室溫光致發(fā)光(PL)測(cè)試和低溫PL測(cè)試,得到表面修飾前后GaAs基納米結(jié)構(gòu)光學(xué)性質(zhì)變化的規(guī)律。為今后以GaAs基納米結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體激光器提供了基礎(chǔ)材料和技術(shù)支持。論文主要包括以下三個(gè)部分:(1)使用(NH_4)_2S溶液對(duì)GaAs薄膜進(jìn)行硫鈍化,通過(guò)室溫PL測(cè)試和低溫(10K)PL測(cè)試,發(fā)現(xiàn)樣品的最佳鈍化時(shí)間為25分鐘,此時(shí)發(fā)光強(qiáng)度增強(qiáng)了14倍;從歸一化PL譜中可以看到,硫鈍化沒(méi)有改變樣品的發(fā)光機(jī)制。在變激發(fā)功率PL測(cè)試和變溫PL測(cè)試中,發(fā)現(xiàn)兩個(gè)不同發(fā)光機(jī)制的峰位,使用公式對(duì)PL光譜的譜線進(jìn)行擬合后,確認(rèn)了1.492eV峰位的發(fā)光機(jī)制為帶-受主能級(jí)躍遷(B-A),1.512eV峰位的發(fā)光機(jī)制為自由激子(FE)發(fā)光。(2)使用化學(xué)浴沉積(CBD)方法在GaAs薄膜表面制備了Sb_2S_3納米顆粒。通過(guò)紫外-可見(jiàn)吸收光譜(UV-VIS)測(cè)試,可知Sb_2S_3納米顆粒的光學(xué)帶隙為1.67eV。通過(guò)變激發(fā)功率PL測(cè)試和變溫PL測(cè)試發(fā)現(xiàn),制備Sb_2S_3納米顆粒的樣品在1.481eV處,出現(xiàn)類似束縛激子(BE)的發(fā)光峰位。但是該峰位的發(fā)光強(qiáng)度較低,不宜觀察,因此在更細(xì)微的GaAs納米線結(jié)構(gòu)上再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(3)通過(guò)分子束外延(MBE)技術(shù)生長(zhǎng)了GaAs納米線,對(duì)其進(jìn)行了掃描電子顯微鏡(SEM)測(cè)試和PL測(cè)試。然后使用CBD方法在GaAs納米線上制備Sb_2S_3納米顆粒。通過(guò)變激發(fā)功率PL測(cè)試和變溫PL測(cè)試,證明了在GaAs納米線上制備Sb_2S_3納米顆粒確實(shí)會(huì)引入束縛態(tài),束縛激子的發(fā)光峰位于1.471eV處,并且束縛能會(huì)隨著Sb_2S_3納米顆粒生長(zhǎng)周期的增加而增大。當(dāng)生長(zhǎng)20周期Sb_2S_3納米顆粒時(shí),束縛能為10meV。
【圖文】：

圖 1.1 GaAs 材料的實(shí)際應(yīng)用米線作為 GaAs 基納米結(jié)構(gòu)家族中“高精尖”的代表，并且擁有 Ga優(yōu)良性質(zhì)。并且，由于納米線本身具有可以提供增益介質(zhì)和光子諧振 GaAs 納米線成為實(shí)現(xiàn)極小型納米線激光器的理想材料。因此，它的的受到了眾多科研人員們的關(guān)注。然而，GaAs 納米線本身因?yàn)楦叩牧烁弑砻鎽B(tài)密度[11]，，導(dǎo)致大量非輻射復(fù)合存在，嚴(yán)重影響了其光學(xué)性納米線激光器直到 2013 年才實(shí)現(xiàn)室溫下的穩(wěn)定激射[10]，并且這項(xiàng)工onics 上進(jìn)行了重點(diǎn)報(bào)道。材料由于本身表面結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，長(zhǎng)期暴漏在空氣環(huán)境中時(shí)，會(huì)在，例如懸掛鍵（表面氧化物形成）和表面污染（吸附氣體分子）等，電荷并且導(dǎo)致能帶彎曲，增加表面態(tài)密度和耗盡層厚度，從而導(dǎo)致非致發(fā)光(PL)強(qiáng)度下降[12-14]。這些不利因素將限制以 GaAs 為基礎(chǔ)材料，因此需要對(duì) GaAs 材料進(jìn)行表面修飾處理，降低由表面缺陷所造成得更加廣泛的應(yīng)用。987 年，研究人員們就開(kāi)始使用表面鈍化技術(shù)對(duì)以 GaAs 為主的 III-V

或者表面沉積薄膜（干法鈍化）的方法，密度的目的。此外，還有一種新興的技術(shù)粒，對(duì)材料的能帶進(jìn)行調(diào)控從而達(dá)到改善方法的發(fā)展歷程，下面對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的論進(jìn)展 J 等[15]使用 Na2S·9H2O 溶液處理 GaAs 薄物方面有著非常顯著的作用，通過(guò)測(cè)試發(fā)且 PL 強(qiáng)度得到了增強(qiáng)。隨后研究人員們料表面本征氧化層，減小其表面態(tài)密度的 Electron Spectroscopy(AES), Low Energy Reflection High Energy Electron Diffraction進(jìn)行了進(jìn)一步的分析研究，從 AES 譜中合，形成新的 Ga-S 鍵和 As-S 鍵，并且 O鈍化成功的改變了 GaAs 表面的化學(xué)性質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 陳鳳翔;汪禮勝;祝霽m:;;表面等離子體激元增強(qiáng)薄膜太陽(yáng)電池研究進(jìn)展[J];半導(dǎo)體光電;2011年02期

2 田增霞;崔碧峰;徐晨;舒雄文;張蕾;沈光地;;808nm半導(dǎo)體激光器腔面硫鈍化工藝研究[J];固體電子學(xué)研究與進(jìn)展;2006年02期

本文編號(hào)：2622945