實驗以三氯化鎵（GaCl₃）為Ⅲ族源,通過自制的鹵化物化學(xué)氣相沉積（HCVD）裝置在Si（111）襯底上實現(xiàn)了GaN納米材料的自催化生長,探討了氨氣（NH₃）流量,反應(yīng)溫度和梯度變溫生長工藝對GaCl₃合成GaN納米材料的影響。利用掃描電子顯微鏡（SEM）,能譜儀（EDS）,X射線衍射（XRD）和光致發(fā)光（PL）對樣品進行表征,結(jié)果表明,GaN納米結(jié)構(gòu)以團簇模式進行生長,符合氣-液-固（V-L-S）生長機制。在不同的生長條件下,GaN的表面形貌,晶體質(zhì)量和發(fā)光性能存在明顯的差異,當NH₃流量為60 sccm,反應(yīng)溫度為900℃時,GaN表現(xiàn)為規(guī)則的六邊形結(jié)構(gòu),晶體質(zhì)量好,PL圖譜中未出現(xiàn)明顯的紅光峰（680 nm左右）,采用梯度變溫（800～900℃）生長工藝后,得到GaN納米材料的復(fù)合結(jié)構(gòu),其比表面積和近帶邊發(fā)光峰強度均得到提高。 

【文章來源】：功能材料. 2020,51(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

HCVD裝置示意圖

圖2為不同NH3流量條件下,GaN的表面形貌圖。如圖2(a),當NH3流量較低時,GaN表現(xiàn)為凸起的顆粒狀,這是因為反應(yīng)生成的HCl不足,導(dǎo)致(0001)和 (1 1 ˉ 00) 晶面的生長速率較低[15],生長的GaN不能表現(xiàn)出規(guī)則的邊緣和棱角,當NH3升高到60 sccm,出現(xiàn)規(guī)則的六邊形結(jié)構(gòu)和平滑的晶面,NH3為90 sccm時,規(guī)則的六邊形消失,出現(xiàn)片狀結(jié)構(gòu),整體猶如散開的花瓣狀,繼續(xù)增大NH3至120 sccm,表面形貌惡化,納米材料間開始合并生長,這是因為在富Ga條件下生長時,隨著NH3流量的增加,GaCl3會被NH3分解產(chǎn)生的H2轉(zhuǎn)變?yōu)镚aCl,當GaCl3減小到一定程度,生長模式由3D逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?D [16]。2.1.2 XRD分析

圖3為不同NH3流量條件下,GaN樣品的XRD圖。經(jīng)過與標準PDF卡片(50-0792)對比發(fā)現(xiàn),GaN樣品均為纖鋅礦六方結(jié)構(gòu),其中最強峰(002)對應(yīng)34.6 °衍射角[17],其余2個次強峰(100)和(101)分別對應(yīng)于32.5 °和36.9 °,XRD圖譜中未出現(xiàn)其他物質(zhì)的衍射峰,表明生長的GaN晶相純度較高。隨著NH3流量的增大,GaN的(002)衍射峰相對強度逐漸降低,這與M. Ren等[18]的結(jié)果一致,當NH3流量增大至120 sccm時,衍射峰強度急劇降低,生長質(zhì)量變差。圖4為不同NH3流量條件下,不同樣品(002)峰對應(yīng)的半高寬圖。如圖所示,NH3流量為60 sccm時,半高寬最小,增大流量,半高寬明顯增大,這主要是因為隨著NH3流量的增加,GaN趨向于橫向生長,生長過程中晶體間的碰撞與合并過程會產(chǎn)生大量的晶界和位錯缺陷[19],導(dǎo)致晶體質(zhì)量下降。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]GaN-based ultraviolet microdisk laser diode grown on Si[J]. JIN WANG,MEIXIN FENG,RUI ZHOU,QIAN SUN,JIANXUN LIU,YINGNAN HUANG,YU ZHOU,HONGWEI GAO,XINHE ZHENG,MASAO IKEDA,HUI YANG.  Photonics Research. 2019(06)
[2]一維GaN納米材料制備及其光電器件研究進展[J]. 賈若飛,楊麗麗,楊豐,王飛,楊慧,李嵐.  功能材料. 2016(11)



本文編號：2984864