氮化镓/硅纳米孔柱阵列异质结构界面调控及其电致发光特性研究
发布时间：2021-01-21 11:43
GaN作为一种宽带隙（3.4 eV）的直接带隙化合物半导体材料,具有高热导率、高电子迁移率、良好的化学和热稳定性,在制备发光二极管（light emitting diode,LED）、激光二极管（lasing diode,LD）、紫外探测器、高电子迁移率晶体管（high electron mobility transistor,HEMT）以及太阳能电池等领域获得了广泛的应用。特别是在发光应用方面,GaN对线位错不敏感,具有着极高的内量子效率,是到目前为止在高效蓝光LED和LD发射领域能够实现大规模商业量产的最重要的半导体材料。Si材料现代电子工业中最重要并得到广泛应用的半导体材料,具有技术成熟、易于集成、元素丰富、价格低廉等优势。几十年来,以Si材料为基础的超大规模集成电路,按照摩尔定律,集成度不断的提高。但Si为间接带隙材料,发光效率低,当需要光子或光电子器件时往往需要采用其他的直接带隙半导体材料。GaN工艺与Si工艺的结合,能够将GaN的发光性能和Si的高集成度结合起来,实现新的器件功能和应用。例如可以将GaN基的发光器件和Si基电子器件集成在同一个芯片上,大大缩短光电互联的长度,...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Si-NPA的表面形貌（a、b，其中a为45视角，b为横截面图）；(c)Si柱与sc-Si之上的多孔硅过渡层的FE-SEM照片；(d)解离的单个硅纳米孔柱的TEM照片
管中通入高纯 Ar 作为保护气，到达设定温 的合成反应，反应结束后同样通入 Ar 保护，用结构合成中，催化剂通常是必须的，在 Si-NP得 GaN 的生长和沉积。常用的催化剂有 A剂辅助 GaN 的生长的研究相对较少[16-18]，入陷阱能级[19]。所以我们选择 Pt 作为催化剂作用机制，并不完全清楚，有实验发现其催N 纳米线的生长起作用[20]。为了考察 Pt 的作-NPA 上局部溅射 Pt，经历沉积 GaN 的过程后边界，如图 2.1 所示。明显可见，只有在有 区域 GaN 难以生长，GaN 的生长与 Pt 的存
SiOx层并具有着粗糙的表面，SiOx与金属 Ga 不浸润[26]，粗糙表面更加大了液Ga（Ga 的熔点仅 29 C）的浸润角。如果有 Ga 到达到衬底， Ga 不会在衬底上浸润铺开，而是形成小的液滴。在表面能作用下，小液滴的平衡蒸汽压要高于此时的 Ga 的饱和蒸汽压，即此时反应炉内的 Ga 的分压，因此小液滴会不断蒸发变小，直至消失。所以 Ga 是无法在衬底上沉积的。但如果衬底上有 Pt 的存在，Pt 能够与 Ga 形成合金，Ga-Pt 合金的中 Ga 的平衡蒸汽压要小于纯 Ga 的饱和蒸汽压，因此 Ga-Pt 合金会不断富集气流中 Ga，使 Ga 沉积在 Si-NPA 衬底上，并在随后与氨气反应成为 GaN 生长的晶核。为验证这一推测，我们将一个溅射了 Pt 的 Si-NPA 与 Ga 源一起放入管式炉中，经历 1050 C，25 min 的处理过程，但并不通入氨气。结果发现 Si-NPA 表面生成大量纳米尺寸的颗粒小球，对小球的 EDS 分析，证实了其主要成分为 Ga-Pt 合金，如图 2.2 所示。小球的形成是由于 Ga-Pt 合金量的积累引起的自组织现象，降低处理温度和时间，小球的尺寸会减小。（2）Pt 还可能能够催化 Ga 与氨气合成 GaN 的反应。降低化学反应的反应势垒，提高反应速度。(a) (b)
【参考文献】：
期刊论文
[1]硅基光子集成研究进展[J]. 周培基,李智勇,俞育德,余金中. 物理学报. 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]. 朱继红,王良吉,张书明,王辉,赵德刚,朱建军,刘宗顺,汪德生,杨辉. Chinese Physics B. 2011(07)
本文编号：2991095
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Si-NPA的表面形貌（a、b，其中a为45视角，b为横截面图）；(c)Si柱与sc-Si之上的多孔硅过渡层的FE-SEM照片；(d)解离的单个硅纳米孔柱的TEM照片
管中通入高纯 Ar 作为保护气，到达设定温 的合成反应，反应结束后同样通入 Ar 保护，用结构合成中，催化剂通常是必须的，在 Si-NP得 GaN 的生长和沉积。常用的催化剂有 A剂辅助 GaN 的生长的研究相对较少[16-18]，入陷阱能级[19]。所以我们选择 Pt 作为催化剂作用机制，并不完全清楚，有实验发现其催N 纳米线的生长起作用[20]。为了考察 Pt 的作-NPA 上局部溅射 Pt，经历沉积 GaN 的过程后边界，如图 2.1 所示。明显可见，只有在有 区域 GaN 难以生长，GaN 的生长与 Pt 的存
SiOx层并具有着粗糙的表面，SiOx与金属 Ga 不浸润[26]，粗糙表面更加大了液Ga（Ga 的熔点仅 29 C）的浸润角。如果有 Ga 到达到衬底， Ga 不会在衬底上浸润铺开，而是形成小的液滴。在表面能作用下，小液滴的平衡蒸汽压要高于此时的 Ga 的饱和蒸汽压，即此时反应炉内的 Ga 的分压，因此小液滴会不断蒸发变小，直至消失。所以 Ga 是无法在衬底上沉积的。但如果衬底上有 Pt 的存在，Pt 能够与 Ga 形成合金，Ga-Pt 合金的中 Ga 的平衡蒸汽压要小于纯 Ga 的饱和蒸汽压，因此 Ga-Pt 合金会不断富集气流中 Ga，使 Ga 沉积在 Si-NPA 衬底上，并在随后与氨气反应成为 GaN 生长的晶核。为验证这一推测，我们将一个溅射了 Pt 的 Si-NPA 与 Ga 源一起放入管式炉中，经历 1050 C，25 min 的处理过程，但并不通入氨气。结果发现 Si-NPA 表面生成大量纳米尺寸的颗粒小球，对小球的 EDS 分析，证实了其主要成分为 Ga-Pt 合金，如图 2.2 所示。小球的形成是由于 Ga-Pt 合金量的积累引起的自组织现象，降低处理温度和时间，小球的尺寸会减小。（2）Pt 还可能能够催化 Ga 与氨气合成 GaN 的反应。降低化学反应的反应势垒，提高反应速度。(a) (b)
【参考文献】：
期刊论文
[1]硅基光子集成研究进展[J]. 周培基,李智勇,俞育德,余金中. 物理学报. 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]. 朱继红,王良吉,张书明,王辉,赵德刚,朱建军,刘宗顺,汪德生,杨辉. Chinese Physics B. 2011(07)
本文编号：2991095
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