【摘 要】
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GaN作为第三代直接宽禁带半导体材料的代表,具有高击穿电场、高迁移率、高电子饱和漂移速率、高频、耐高温和抗辐射等优点,使其在新一代固态照明、探测器、微波射频器件和电力电子器件等领域大放异彩。人们已经通过各种方法合成了多种形态的GaN材料,如纳米线、纳米管、纳米带、纳米片、纳米树和薄膜等。不同形貌与结构的GaN对其性能与应用具有显著地影响。因此可控地合成不同形貌与结构的GaN纳米材料、薄膜及其纳米复
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GaN作为第三代直接宽禁带半导体材料的代表,具有高击穿电场、高迁移率、高电子饱和漂移速率、高频、耐高温和抗辐射等优点,使其在新一代固态照明、探测器、微波射频器件和电力电子器件等领域大放异彩。人们已经通过各种方法合成了多种形态的GaN材料,如纳米线、纳米管、纳米带、纳米片、纳米树和薄膜等。不同形貌与结构的GaN对其性能与应用具有显著地影响。因此可控地合成不同形貌与结构的GaN纳米材料、薄膜及其纳米复合材料依然是研究的热点。本文通过化学气相沉积法(CVD)于蓝宝石基底表面实现了GaN纳米线和薄膜的可控生长;于Si片上成功的合成了GaN/Si OxNy纳米复合材料,并表征与分析了它们的形态结构、成分、生长机制以及发光性能。主要研究结果如下:(1)采用简单有效的化学气相沉积方法,通过NH3对衬底表面的氮化处理以及VS生长机制,集N极性和节结构于一体的高质量GaN纳米线在c面蓝宝石衬底上成功合成。探究了Ga浓度和不同面的蓝宝石衬底对其形貌和结构的影响,详细分析了它的生长机制。(2)于r面蓝宝石衬底表面选择性地溅射Au膜,实现了极性c向水平GaN纳米线阵列(于无Au区域生长)和非极性a面GaN薄膜(于镀Au区域生长)的同步外延。通过改变生长时间和Au膜厚度调控了纳米线的尺寸和薄膜的形貌;使用不同面的蓝宝石衬底控制了纳米线和薄膜的生长取向。分析了水平纳米线、薄膜和衬底三者的外延关系。(3)Au液滴辅助四个方向生长的倒六方GaN金字塔初始化成核,实现了无应力GaN薄膜于c面蓝宝石衬底上的自图案化外延生长。探究了生长温度对其形态结构的影响;分析了其生长过程。(4)通过Ga液滴对二氧化硅纳米线的催化生长以及NH3对带有Ga球的二氧化硅纳米线的氮化处理,在Si片上合成了以GaN纳米块作为顶帽,以SiOxNy纳米线作为触须的高密度水母状GaN/SiOxNy纳米复合材料。讨论了生长温度对其形貌和结构的影响,分析了其生长机制。
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