GaN作為一種寬帶隙（3.4 eV）的直接帶隙化合物半導(dǎo)體材料,具有高熱導(dǎo)率、高電子遷移率、良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性,在制備發(fā)光二極管（light emitting diode,LED）、激光二極管（lasing diode,LD）、紫外探測(cè)器、高電子遷移率晶體管（high electron mobility transistor,HEMT）以及太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。特別是在發(fā)光應(yīng)用方面,GaN對(duì)線位錯(cuò)不敏感,具有著極高的內(nèi)量子效率,是到目前為止在高效藍(lán)光LED和LD發(fā)射領(lǐng)域能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模商業(yè)量產(chǎn)的最重要的半導(dǎo)體材料。Si材料現(xiàn)代電子工業(yè)中最重要并得到廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體材料,具有技術(shù)成熟、易于集成、元素豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)。幾十年來(lái),以Si材料為基礎(chǔ)的超大規(guī)模集成電路,按照摩爾定律,集成度不斷的提高。但Si為間接帶隙材料,發(fā)光效率低,當(dāng)需要光子或光電子器件時(shí)往往需要采用其他的直接帶隙半導(dǎo)體材料。GaN工藝與Si工藝的結(jié)合,能夠?qū)aN的發(fā)光性能和Si的高集成度結(jié)合起來(lái),實(shí)現(xiàn)新的器件功能和應(yīng)用。例如可以將GaN基的發(fā)光器件和Si基電子器件集成在同一個(gè)芯片上,大大縮短光電互聯(lián)的長(zhǎng)度,... 

【文章來(lái)源】：鄭州大學(xué)河南省 211工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

Si-NPA的表面形貌（a、b，其中a為45視角，b為橫截面圖）；(c)Si柱與sc-Si之上的多孔硅過(guò)渡層的FE-SEM照片；(d)解離的單個(gè)硅納米孔柱的TEM照片

管中通入高純 Ar 作為保護(hù)氣，到達(dá)設(shè)定溫 的合成反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后同樣通入 Ar 保護(hù)，用結(jié)構(gòu)合成中，催化劑通常是必須的，在 Si-NP得 GaN 的生長(zhǎng)和沉積。常用的催化劑有 A劑輔助 GaN 的生長(zhǎng)的研究相對(duì)較少[16-18]，入陷阱能級(jí)[19]。所以我們選擇 Pt 作為催化劑作用機(jī)制，并不完全清楚，有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其催N 納米線的生長(zhǎng)起作用[20]。為了考察 Pt 的作-NPA 上局部濺射 Pt，經(jīng)歷沉積 GaN 的過(guò)程后邊界，如圖 2.1 所示。明顯可見(jiàn)，只有在有 區(qū)域 GaN 難以生長(zhǎng)，GaN 的生長(zhǎng)與 Pt 的存

SiOx層并具有著粗糙的表面，SiOx與金屬 Ga 不浸潤(rùn)[26]，粗糙表面更加大了液Ga（Ga 的熔點(diǎn)僅 29 C）的浸潤(rùn)角。如果有 Ga 到達(dá)到襯底， Ga 不會(huì)在襯底上浸潤(rùn)鋪開(kāi)，而是形成小的液滴。在表面能作用下，小液滴的平衡蒸汽壓要高于此時(shí)的 Ga 的飽和蒸汽壓，即此時(shí)反應(yīng)爐內(nèi)的 Ga 的分壓，因此小液滴會(huì)不斷蒸發(fā)變小，直至消失。所以 Ga 是無(wú)法在襯底上沉積的。但如果襯底上有 Pt 的存在，Pt 能夠與 Ga 形成合金，Ga-Pt 合金的中 Ga 的平衡蒸汽壓要小于純 Ga 的飽和蒸汽壓，因此 Ga-Pt 合金會(huì)不斷富集氣流中 Ga，使 Ga 沉積在 Si-NPA 襯底上，并在隨后與氨氣反應(yīng)成為 GaN 生長(zhǎng)的晶核。為驗(yàn)證這一推測(cè)，我們將一個(gè)濺射了 Pt 的 Si-NPA 與 Ga 源一起放入管式爐中，經(jīng)歷 1050 C，25 min 的處理過(guò)程，但并不通入氨氣。結(jié)果發(fā)現(xiàn) Si-NPA 表面生成大量納米尺寸的顆粒小球，對(duì)小球的 EDS 分析，證實(shí)了其主要成分為 Ga-Pt 合金，如圖 2.2 所示。小球的形成是由于 Ga-Pt 合金量的積累引起的自組織現(xiàn)象，降低處理溫度和時(shí)間，小球的尺寸會(huì)減小。（2）Pt 還可能能夠催化 Ga 與氨氣合成 GaN 的反應(yīng)。降低化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)勢(shì)壘，提高反應(yīng)速度。(a) (b)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]硅基光子集成研究進(jìn)展[J]. 周培基,李智勇,俞育德,余金中.  物理學(xué)報(bào). 2014(10)
[2]A review of GaN-based optoelectronic devices on silicon substrate[J]. Baijun Zhang,Yang Liu.  Chinese Science Bulletin. 2014(12)
[3]Simulation of the light extraction efficiency of nanostructure light-emitting diodes[J]. 朱繼紅,王良吉,張書(shū)明,王輝,趙德剛,朱建軍,劉宗順,汪德生,楊輝.  Chinese Physics B. 2011(07)



本文編號(hào)：2991095