论文摘要
在Si上生长Ⅲ-Ⅴ族半导体，可以用作集成光电器件的材料，备受关注。传统的层状异质结构由于不可避免地面临晶格失配和热失配问题，材料结晶质量难以保证，而纳米线的出现很好地解决了这一问题，有望成为未来光电器件的纳米组件。晶格在径向上的缩放使得高晶体质量Ⅲ-Ⅴ族半导体纳米线可在大晶格失配的衬底上生长。由于量子尺寸效应，纳米线具有能级分立、电导量子化、弹道输运和库仑阻塞等一系列特性，在电、光、磁等性质上有着独特表现。InP是直接带隙的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，体材料常温禁带宽度1.35eV，电子迁移率高并呈现负阻效应。InGaAs在整个组分范围内均为直接带隙材料，半导体稳定性好，有效质量小，电子迁移率和峰值速度高，以及高的光吸收系数，禁带宽度随组分可以在InAs的0.35eV到GaAs的1.43eV之间变化，是制备短波红外探测器的理想材料。InP基InGaAs异质材料广泛应用在高频A/D转换器、高功率放大器、红外探测器和光通信所需用的超高速IC中。InP/InGaAs核壳结构纳米线，在径向形成异质接触，实现一维结构的能带工程，可以形成纳米级的光发射和探测机制，在单量子点几何结构，PN结，双极结和纳米超晶格方面有巨大的应用潜力，具有占空小，高性能的优点。因此，研究其生长条件，获得高质量的核壳结构纳米线，并对其材料物理性能进行表征，具有很高的理论意义和实用价值。本论文利用MOCVD，以自催化法在Si（100）衬底上制备了不同生长阶段的InP纳米线并进行了材料物理研究，在此基础上生长了InP/InGaAs核壳结构纳米线，并利用扫描电镜、X射线衍射、透射电镜、光致发光和拉曼散射等表征技术对InP纳米线的形貌、生长过程、生长取向、晶体结构及光学性质等进行了研究。本论文研究的重点是如何制备InP/InGaAs核壳结构纳米线及材料物理研究。一、进行了InP纳米线的自催化MOCVD生长及探索其机理。二、研究了InP纳米线生长过程中密度的变化，并做对照实验证明了自催化法纳米线生长过程中生成新催化剂点的可能；研究了单根纳米线在不同生长阶段的形貌；通过拉曼散射，研究了其晶格质量的变化规律；研究了纳米线生长过程中的生长方向和光致发光的变化规律。三、采用两个生长温度的方法制备出了InP/InGaAs核壳结构纳米线，并通过改变生长条件调控了InGaAs组分。四、对InP/InGaAs核壳结构纳米线进行了表征研究，通过透射电镜和EDX确认了径向的异质结构，并配合扫描电子显微镜和X射线衍射对纳米线顶端的催化剂颗粒的变化进行了研究，同时验证了InGaAs的组分可以通过改变生长条件进行调控。
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标签：核壳结构纳米线论文; 金属有机化学气相沉积论文; 自催化法论文;