GaAs基纳米结构的表面修饰及性质研究

发布时间：2020-04-11 01:06

【摘要】：本论文主要围绕GaAs基纳米结构的表面态特性和表面修饰方法展开了相关的研究工作。使用硫钝化和表面制备Sb_2S_3纳米颗粒这两种方式对GaAs基纳米结构进行了表面修饰,有效改善了GaAs基纳米结构的表面态,并且增强了GaAs基纳米结构的发光性能。通过室温光致发光(PL)测试和低温PL测试,得到表面修饰前后GaAs基纳米结构光学性质变化的规律。为今后以GaAs基纳米结构为基础的半导体激光器提供了基础材料和技术支持。论文主要包括以下三个部分:(1)使用(NH_4)_2S溶液对GaAs薄膜进行硫钝化,通过室温PL测试和低温(10K)PL测试,发现样品的最佳钝化时间为25分钟,此时发光强度增强了14倍;从归一化PL谱中可以看到,硫钝化没有改变样品的发光机制。在变激发功率PL测试和变温PL测试中,发现两个不同发光机制的峰位,使用公式对PL光谱的谱线进行拟合后,确认了1.492eV峰位的发光机制为带-受主能级跃迁(B-A),1.512eV峰位的发光机制为自由激子(FE)发光。(2)使用化学浴沉积(CBD)方法在GaAs薄膜表面制备了Sb_2S_3纳米颗粒。通过紫外-可见吸收光谱(UV-VIS)测试,可知Sb_2S_3纳米颗粒的光学带隙为1.67eV。通过变激发功率PL测试和变温PL测试发现,制备Sb_2S_3纳米颗粒的样品在1.481eV处,出现类似束缚激子(BE)的发光峰位。但是该峰位的发光强度较低,不宜观察,因此在更细微的GaAs纳米线结构上再次进行实验。(3)通过分子束外延(MBE)技术生长了GaAs纳米线,对其进行了扫描电子显微镜(SEM)测试和PL测试。然后使用CBD方法在GaAs纳米线上制备Sb_2S_3纳米颗粒。通过变激发功率PL测试和变温PL测试,证明了在GaAs纳米线上制备Sb_2S_3纳米颗粒确实会引入束缚态,束缚激子的发光峰位于1.471eV处,并且束缚能会随着Sb_2S_3纳米颗粒生长周期的增加而增大。当生长20周期Sb_2S_3纳米颗粒时,束缚能为10meV。
【图文】：

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图 1.1 GaAs 材料的实际应用米线作为 GaAs 基纳米结构家族中“高精尖”的代表，并且拥有 Ga优良性质。并且，由于纳米线本身具有可以提供增益介质和光子谐振 GaAs 纳米线成为实现极小型纳米线激光器的理想材料。因此，它的的受到了众多科研人员们的关注。然而，GaAs 纳米线本身因为高的了高表面态密度[11]，，导致大量非辐射复合存在，严重影响了其光学性纳米线激光器直到 2013 年才实现室温下的稳定激射[10]，并且这项工onics 上进行了重点报道。材料由于本身表面结构的不稳定性，长期暴漏在空气环境中时，会在，例如悬挂键（表面氧化物形成）和表面污染（吸附气体分子）等，电荷并且导致能带弯曲，增加表面态密度和耗尽层厚度，从而导致非致发光(PL)强度下降[12-14]。这些不利因素将限制以 GaAs 为基础材料，因此需要对 GaAs 材料进行表面修饰处理，降低由表面缺陷所造成得更加广泛的应用。987 年，研究人员们就开始使用表面钝化技术对以 GaAs 为主的 III-V

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或者表面沉积薄膜（干法钝化）的方法，密度的目的。此外，还有一种新兴的技术粒，对材料的能带进行调控从而达到改善方法的发展历程，下面对其进行详细的论进展 J 等[15]使用 Na2S·9H2O 溶液处理 GaAs 薄物方面有着非常显著的作用，通过测试发且 PL 强度得到了增强。随后研究人员们料表面本征氧化层，减小其表面态密度的 Electron Spectroscopy(AES), Low Energy Reflection High Energy Electron Diffraction进行了进一步的分析研究，从 AES 谱中合，形成新的 Ga-S 键和 As-S 键，并且 O钝化成功的改变了 GaAs 表面的化学性质
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1

【参考文献】