GalnAsSb四元合金纳米线的合成及其光电性能研究

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1、学校代号10532学号S140700569分类号O4密级公开硕士学位论文GaInAsSb四元合金纳米线的合成及其光电性能研究学位申请人姓名李梦姿培养单位物理与微电子科学学院导师姓名及职称庄秀娟教授学科专业物理学研究方向纳米光电子学论文提交日期2018年5月学校代号:10532学号:S140700569密级:公开湖南大学硕士学位论文GaInAsSb四元合金纳米线的合成及其光电性能研究学位申请人姓名：李梦姿导师姓名及职称：庄秀娟教授培养单位：物理与微电子科学学院专业名称：物理学论文提交日期：2018年5月

2、论文答辩日期：2018年5月答辩委员会主席：陈克求教授SynthesisandOptoelectronicPropertiesofSingle-crystallineGaInAsSbQuaternaryAlloyNanowiresByLiMengziB.E.(HengYangNormalUniversity)2014AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftherequirementsforthedegreeofMasterofScienceinPhysicsin

3、theGraduateschoolofHunanUniversitySupervisorProfessorZhuangXiujuanMay,2018GaInAsSb四元合金纳米线的合成及其光电性能研究摘要Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料具有禁带宽度小、载流子迁移率高、激子玻尔半径大、光电转换效率高等优点，是极具应用价值的一类半导体材料。其中，室温带隙值为0.726eV的GaSb和带隙值为0.354eV的InAs，它们的体材料分别具有最高的空穴迁移率和超高电子迁移率。基于这两种半导体材料的四元合金GaInAsS

4、b是窄禁带直接带隙半导体，其发光覆盖近、中红外波段，在发光二极管、激光二极管和红外光电探测器等领域有着广泛的应用前景。目前，GaInAsSb四元合金的制备主要是通过液相外延（LPE）、金属有机物气相外延（MOVPE）、分子束外延（MBE）、和金属有机化学气相沉积（MOCVD）等技术。由于GaInAsSb四元材料存在很大的混熔带隙，LPE或其他热力学平衡方法很难合成窄带隙，即较长波段发光材料。尽管MBE和MOCVD等非平衡的生长方法，可以有效克服带隙混熔的困难，但其实验过程复杂、成本高，且不利于大规模应

5、用。在本论文中，我们利用操作简单、成本低廉的化学气相沉积（CVD）法制备了GaSb和GaInAsSb纳米线，制作了基于这些纳米结构的光电器件，并对其光电性能进行了研究与分析。主要研究内容如下：1，通过CVD法合成了具有良好结晶质量的GaSb纳米线，该纳米线属于立方闪锌矿晶体结构。光致发光(PL)光谱表明，制备的GaSb纳米线发光主要来自于电子的直接带间跃迁。通过电子束曝光制作了GaSb纳米线晶体管，其电流随着背栅电压的增大而减小，显示出p型半导体材料的特性。2，利用CVD法结合VLS机制、原子重组和离

6、子交换机制，制备了GaInAsSb四元合金纳米线，在一定程度上解决了四元合金系的混熔带隙这一难题。材料表征与光谱测试均表明该纳米线结晶性好，属立方闪锌矿结构。该四元合金元素配比合适，制作了室温下工作的近红外光探测器件，并测试了该探测器在不同功率近红外激光（980nm）照射下的光电响应。所制备的GaInAsSb四元合金纳米线相比于之前报道的GaInAsSb薄膜探测器，具有更高的外量子效率和光响应度。关键词：Ⅲ-Ⅴ族半导体；四元合金；GaInAsSb纳米线；化学气相沉积；混熔带隙；近红外；纳米线探测器II

7、硕士学位论文AbstractIII-Vsemiconductorshavesmallbandgap,highcarrermobility,largeBohrexcitonradius,highphotoelectricconversionefficiency,andstrongradiationresistance.Amongthem,GaSbwitharoom-temperaturebandgapvalueof0.726eVandInAswithabandgapvalueof0.354eVhavet

8、hehighestholemobilityandultra-highelectronmobility,respectively.ThequaternaryalloyGaInAsSbbasedonthesetwokindsofsemiconductormaterialsisanarrowbandgapdirectbandgapsemiconductor,whichworksinthenear-middleinfraredrange,makingitimpo