【摘 要】
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第三代半导体材料氮化镓具有优异的光电特性和化学稳定性。作为一维纳米材料,氮化镓纳米线在低阈值电流激光器、高迁移率场效应晶体管、micro LED、纳米发电机、太阳能电池、以及量子干涉器件等方面展现出优异的性能。然而,氮化镓纳米线器件距离商品化还有较大距离,原因在于氮化镓纳米线的生长控制及器件制备方面仍有一系列问题需要进一步研究和解决。在氮化镓纳米线的有序生长方面,本论文研究了垂直于衬底的氮化镓纳米
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第三代半导体材料氮化镓具有优异的光电特性和化学稳定性。作为一维纳米材料,氮化镓纳米线在低阈值电流激光器、高迁移率场效应晶体管、micro LED、纳米发电机、太阳能电池、以及量子干涉器件等方面展现出优异的性能。然而,氮化镓纳米线器件距离商品化还有较大距离,原因在于氮化镓纳米线的生长控制及器件制备方面仍有一系列问题需要进一步研究和解决。在氮化镓纳米线的有序生长方面,本论文研究了垂直于衬底的氮化镓纳米线阵列的生长方法。揭示了MOCVD生长参数与纳米线生长方向性和形貌的影响关系,形成了一种有序纳米线阵列的两步生长法;在氮化镓纳米线器件制备方面,面向桥接纳米线的器件结构要求,提出了纳米线表面的通电可控氧化方法,实现了纳米线阻值的实时在线调节。论文的主要工作和成果如下:（1）揭示了镍金催化剂薄膜厚度、生长温度和气态源流量比（Ⅲ-Ⅴ比）对氮化镓纳米线生长模式和形貌的影响规律。催化剂厚度的减小、生长温度和Ⅲ-Ⅴ比的升高都能够使纳米线的生长模式从VS向VLS转变。当催化剂较薄（4nm）时,纳米线可以在较低的Ⅲ-Ⅴ比（2:20）下进行VLS生长,增大催化剂厚度（10nm）会使纳米线转向VS模式生长;当催化剂较厚（10nm）时,使用较高的Ⅲ-Ⅴ比（4:20）能够使生长模式向VLS过渡,实现VLS和VS混合模式生长。同时,通过温度和Ⅲ-Ⅴ比的紧密配合能够调控纳米线的生长形貌,如在较低温度（750℃）时需要使用较高的Ⅲ-Ⅴ比（2:15）来维持VLS生长;而在较高温度（850℃）时可以通过适当降低Ⅲ-Ⅴ比（1:20）来调节生长速率,获得具有良好方向性的纳米线。通过生长参数对纳米线的形貌进行调控,制备出一种具有独特形貌特点的“漏斗型”氮化镓纳米线结构,并申请国家发明专利（专利号202110670495.9）。（2）实现了一种制备有序氮化镓纳米线的两步生长法。即通过优化催化剂厚度、温度和Ⅲ-Ⅴ比等生长参数,将纳米线的生长过程分为成核阶段和生长阶段两部分,在不同的阶段采用不同的生长参数来实现纳米线的有序生长。成核阶段是在850℃温度下生长20s,以获得具有良好方向性的氮化镓“晶仔”;然后生长阶段将温度降低到750℃,并在优化的Ⅲ-Ⅴ比（2:20）下生长800s,获得了形貌较好的垂直于衬底生长的有序纳米线阵列。与传统生长有序纳米线的模板法相比,两步生长法无需复杂的工艺和昂贵的设备,同时将纳米线的主体生长温度降低到750℃,具有工艺简单、成本低的优点。（3）提出了一种原位可控的纳米线阻值调节方法。即通过在纳米线两端施加电压,来使所产生的焦耳热能够集中在纳米线上（而不是在电极上）,从而使纳米线的温度升高发生表面氧化,进而导致其电阻值发生永久性的变化。这种改变电阻值的方法,具有操作简单、电阻值可调范围大（电阻值增大了约700倍）、在线可控的优点,还可以避免传统纳米线器件的电极接触问题。
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