氨气与温度对HCVD法合成GaN纳米材料的影响

发布时间：2021-01-18 11:25

　　实验以三氯化镓（GaCl₃）为Ⅲ族源,通过自制的卤化物化学气相沉积（HCVD）装置在Si（111）衬底上实现了GaN纳米材料的自催化生长,探讨了氨气（NH₃）流量,反应温度和梯度变温生长工艺对GaCl₃合成GaN纳米材料的影响。利用扫描电子显微镜（SEM）,能谱仪（EDS）,X射线衍射（XRD）和光致发光（PL）对样品进行表征,结果表明,GaN纳米结构以团簇模式进行生长,符合气-液-固（V-L-S）生长机制。在不同的生长条件下,GaN的表面形貌,晶体质量和发光性能存在明显的差异,当NH₃流量为60 sccm,反应温度为900℃时,GaN表现为规则的六边形结构,晶体质量好,PL图谱中未出现明显的红光峰（680 nm左右）,采用梯度变温（800～900℃）生长工艺后,得到GaN纳米材料的复合结构,其比表面积和近带边发光峰强度均得到提高。 

【文章来源】：功能材料. 2020,51(06)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

HCVD装置示意图

图2为不同NH3流量条件下,GaN的表面形貌图。如图2(a),当NH3流量较低时,GaN表现为凸起的颗粒状,这是因为反应生成的HCl不足,导致(0001)和 (1 1 ˉ 00) 晶面的生长速率较低[15],生长的GaN不能表现出规则的边缘和棱角,当NH3升高到60 sccm,出现规则的六边形结构和平滑的晶面,NH3为90 sccm时,规则的六边形消失,出现片状结构,整体犹如散开的花瓣状,继续增大NH3至120 sccm,表面形貌恶化,纳米材料间开始合并生长,这是因为在富Ga条件下生长时,随着NH3流量的增加,GaCl3会被NH3分解产生的H2转变为GaCl,当GaCl3减小到一定程度,生长模式由3D逐渐转变为2D [16]。2.1.2 XRD分析

图3为不同NH3流量条件下,GaN样品的XRD图。经过与标准PDF卡片(50-0792)对比发现,GaN样品均为纤锌矿六方结构,其中最强峰(002)对应34.6 °衍射角[17],其余2个次强峰(100)和(101)分别对应于32.5 °和36.9 °,XRD图谱中未出现其他物质的衍射峰,表明生长的GaN晶相纯度较高。随着NH3流量的增大,GaN的(002)衍射峰相对强度逐渐降低,这与M. Ren等[18]的结果一致,当NH3流量增大至120 sccm时,衍射峰强度急剧降低,生长质量变差。图4为不同NH3流量条件下,不同样品(002)峰对应的半高宽图。如图所示,NH3流量为60 sccm时,半高宽最小,增大流量,半高宽明显增大,这主要是因为随着NH3流量的增加,GaN趋向于横向生长,生长过程中晶体间的碰撞与合并过程会产生大量的晶界和位错缺陷[19],导致晶体质量下降。

【参考文献】：
期刊论文
[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]一维GaN纳米材料制备及其光电器件研究进展[J]. 贾若飞,杨丽丽,杨丰,王飞,杨慧,李岚.  功能材料. 2016(11)



本文编号：2984864