氮化镓硅纳米孔柱阵列的光致电致发光特性及其调控

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1、学校代码１０４５９学号或申请号２０１３１２１３１５２８密级０尖書硕±学位论文氮化嫁／娃绡米丸柱阵列的光致／电致发光特性及其调控作者妓違：刘伟康导师姑冶：李新建教授学科口类：理学专业違称：凝聚态物理完成时间：２０１６年５月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中明确方式标明。本声明的法律

2、责任由本人承担。学位论文倘＇）曰期；年／月曰学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品。，知识产权归属郑州大学根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版；本人授权郑州，允许论文被查阅和借阅大学可＾＾将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可＾＾采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学一位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规

3、定。学位论文作者：／曰期；知？＾年／月AdissertationsubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterControllablePhotoluminescenceandelectroluminescenceofGaN/SiNanoporousPillarArrayBy:WeikangLiuSupervisor:Prof.XinjianLiCondensedMatterPhysicsDepartmentofPhysicsandLaboratoryofMaterialPhysi

4、cs,ZhengzhouUniversityMay,2016摘要III-V族半导体化合物氮化镓（GaN）是第三代直接带隙半导体材料，带隙宽度3.4eV，有耐高温、耐腐蚀、电子迁移率高、良好的化学和热稳定等优点，从而被广泛应用于发光二极管(lightemissiondiode,LED)、激光二极管(lasingdiode,LD)、高电子迁移率晶体管(highelectronmobilitytransistor,HEMT)和太阳能电池等领域。是目前在高效蓝光LEDs和LDs发射领域能够实现商用大规模量产的最重要的半导体材料。单晶硅是现代电子工业与信息产

5、业最重要的基础半导体材料，具有技术成熟、易于集成、储量丰富、价格低廉等优势，成熟的MOS工艺使硅基集成电路按照摩尔定律不断发展。但是硅是间接带隙材料，发光效率低，往往需要复合其他的直接带隙半导体材料。因此，将GaN与Si结合可以大大提高光电器件应用潜力，对于未来信息传递可能有很大帮助。但是由于GaN和Si之间存在较大的晶格失配和热失配，采用传统的晶片键合与异质外延技术很难获得较高质量的薄膜，解决办法一般是加GaN/AlN缓冲层，或者采用纳米化结构多维度释放晶格失配应力，以减小由晶格失配和热失配引起的高缺陷浓度。本课题组以具有多层结构的硅纳米孔柱阵列

6、（SiliconNanoporousPillarArray，Si-NPA）作为功能性衬底生长GaN薄膜，成功实现了GaN与Si的直接接触，得到新型的GaN/Si纳米异质结器件。本文对GaN/Si-NPA的生长、器件构筑、电学性能、发光机制性能做了进一步的研究和探讨。论文主要进行了以下研究工作。（1）水热法制备Si-NPA及其光致发光(PL)性能研究。通过水热法制备了Si-NPA，对Si-NPA做了室温PL。Si-NPA有两个光致发光峰，一个蓝光约430nm，一个红光约640nm。其中蓝光峰与Si-NPA氧化程度有关，其发光来源于纳米硅晶表面的氧化层

7、缺陷态辐射复合，不同的缺陷能级的跃迁导致蓝光峰随激发波长能量不同而变化。红光峰相对较强，峰位随着激发波长的增加有一定红移，分析发光来源是由硅纳米晶层带带跃迁辐射复合和量子限域效应，硅纳米晶尺寸约4.5nm，受量子限域效应导致能级分裂变宽，原来的间接带隙Si变成直接带隙，并且带隙由原来1.1eV变为2.1eV，室温下实现较强的红光发射。I（2）GaN/Si-NPA的可控生长与生长机理以Si-NPA为衬底，金属Ga和氨气分别为Ga源和N源，化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition,CVD)技术生长GaN,研究催化剂Pt的作用。发现没

8、有催化剂Pt时，GaN无法在衬底上沉积；仅放置Ga源没有氨气通入经历高温时，Pt能够收集Ga蒸汽形成Pt-Ga合金。在通入