MOCVD制备氮化物纳米线及器件性能

摘要

近年来，项目组发展了一种Si衬底上免催化剂生长平面阵列结构的GaN基纳米线的方法，这一生长方法将湿法化学刻蚀技术和金属有机气相外延(MOCVD)技术结合，利用GaN基材料在Si不同晶面的异向外延特性，在不引入催化剂的前提下，合成高晶体质量、大纵横比的纳米线，并研究了其相关性能。 项目组通过优化Si衬底表面图形，调节生长参数，可以控制纳米线的形貌结构，并制备出了尺寸、密度和发光波长可控的GaN基纳米线阵列。在此基础上设计生长出了具有较高晶体质量且界面优良的InGaN/GaN异质结核壳结构纳米线，实现了在低阂值下的光泵浦受激发射，结果显示具有良好的激光增益和量子效率。 此外，还探索了单根GaN纳米线在纳米紫外探测器中的应用，结果显示器件在小于370nm紫外波段以下响应，显示出优良的紫外光一盲区特性;实现GaN纳米紫外探测器超快响应，大幅超过已报道单晶Zn0 , GaN纳米线紫外探测器，如光电流/暗电流(on/off)＞104、置位时间(set time)＜100ma、复位时间(reset time)＜100ma等。 探索了用上述提出的方法生长的非极性a轴GaN，研究了其压电效应，并首次解释了基于非极性GaN的压电机制。基于压电效应，实现了非极性a轴单根GaN纳米线的“应力门控”晶体管。其压电调控电荷传输机制从模拟和实验上做了系统、详细的研究。 进而研究了基于非极性GaN微米线与有机聚合物杂合异质结的压光电子效应。杂合结构对紫外光传感的灵敏度和响应率均随外加应力变化。最终得出在压应力为0.32%的时候器件对紫外光的灵敏度和响应率最高，这些研究对未来微纳光电/机电传感器件的研究和制备具有重要意义。 最近，系统地研究了基于GaN微米线pn结紫外LED中的压光电子效应。在压光电子效应的作用下，微米线LED能够同时实现发光效率的增强和效率下降问题的抑制。通过施加微小的压应力(-0.12%)，微米线紫外LED的外量子效率增强了600%，同时效率降从46.6%下降到7.5%。这主要得益于应力对异质结界面载流子的调控作用，增强了电子的限制及空穴的注入效率。