氮化镓_硅纳米孔柱阵列结构的制备及其光_气体探测性能研究

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1、学校代码10459学号或申请号201411130043密级博士学位论文氮化镓/硅纳米孔柱阵列结构的制备及其光/气体探测性能研究作者姓名：吉慧芳导师姓名：李新建教授学科门类：理学专业名称：光学完成时间：2018年10月AdissertationsubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofDoctorPreparationofGaN/Sinanoporouspillararraystructuresandtheirapplicationsinlight/g

2、assensingdevicesJIHUIFANGSupervisor:LIXINJIANOpticsmajorDepartmentofPhysics,ZhengzhouUniversityOctober，2018原创性声明，独立进行研宄本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下所取得的成果。除文中己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。对本文的研宄作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。

3、学位论文作者：曰期：年月２／Ｓ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门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、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、使用学位论文一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

4、大学保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：曰期：年乙月厶沒曰／中文摘要摘要半导体技术的不断发展引领了人们的信息化进程，以III-V族GaN材料为代表的第三代半导体因其优异的光电特性催生了人们的研究热潮，并在大功率、高温、高频、高速和光电集成等方面已展现出应用优势。因此，进一步研究和发展GaN材料在电子、光电子等领域的应用被认为是占领光电信息领域的战略制高点，也是第三代半导体材料与器件研究的关键。传统GaN基电学器件的制备均是基于绝缘的Al2O3衬底，相比之下，Si基GaN电学器件在

5、实现器件集成方面更具优势。然而，Si与GaN材料之间较大的晶格失配和热失配严重限制了器件性能的提升。硅纳米孔柱阵列（SiliconNanoporousPillarArray,Si-NPA）是一种具有特殊形貌结构的多孔硅，在微/纳米尺度上具有三重层次的结构特征，其特殊的形貌结构及物理化学特性使得其成为制备硅基功能性纳米复合体系的理想衬底。本文中，我们以Si-NPA为功能性衬底，采用化学气相沉积技术（CVD）制备GaN/Si-NPA纳米异质结构，系统调查了生长参数对GaN/Si-NPA形貌、结构和光

6、学特征的影响，研究了GaN/Si-NPA结构的气体传感特性，并进一步通过构建光电导型探测器和光伏型探测器，探索了GaN/Si-NPA结构对紫外光的探测能力。主要研究成果如下：1、系统研究了生长工艺参数对GaN/Si-NPA异质结构光学、形貌和结晶特性的影响：GaN的生长符合气-液-固生长机制，在金属Ga的饱和蒸气压不高的情况下，金属Pt能够实现Ga源的富集，进而通过与N源的反应逐渐成核长大；实验发现，生长温度改变（850℃、900℃、950℃）对GaN/Si-NPA结构的发光特征影响很小，光致荧

7、光（PL）谱以蓝光和红光发射为主；相比之下，反应压强对GaN/Si-NPA结构的影响更大，在500Pa时样品出现了一个较强的紫外发光峰，对应于GaN材料的本征近带边发光；氨气流量同样对GaN/Si-NPA结构的光学特性影响很大，在不同流量（5、10、15sccm）下均出现了位于380nm的近紫外峰、430nm处的蓝光峰以及630nm处的红光峰，但氨气流量对每个峰位的强度影响很大，可以明显看出红光峰的强度随着氨气流量的增加而增加。除此之外，我们还系统分析了生长工艺参数对样品形貌和结晶特性的影响，并

8、对其规律性进行了细致分析。最终，我们通过变温的PL测试对GaN/Si-NPA的I中文摘要光学特性进行系统调查，分析了带边发光和深能级发光随测试温度的依赖关系。对于低温环境下出现的位于390nm附近的肩峰，我们将其归结为两种不同类型的施主束缚激子发光，并拟合分析了其在热猝灭过程中的活化能；针对带边发光随温度的强度变化关系，我们拟合出了GaN材料的激子束缚能，其值约为27.9±0.2meV。2、利用CVD生长的GaN/Si-NPA纳米异质结构，我们成功制备出一种电阻型的气敏传感器原型器件。由于该纳米