石墨烯上生长GaN纳米线的研究

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1、石墨烯上生长GaN纳米线的研究陈丁丁陈琳修向前李悦文付润定华雪梅谢自力刘斌陈鹏张荣郑有舛南京大学电子科学与工程学院摘要：在常压条件下采用化学气相淀积（CVD）技术在有石墨烯插入层的衬底上生长GaN纳米线，研究了生长温度、石墨烯插入层、催化剂等因素对GaN纳米线的形貌、光学特性以及结构的影响。通过扫描电子显微镜（SEM）、光致发光（PL）谱、拉曼（Raman）谱和透射电子显微镜（TEM）等表征手段对GaN纳米线的形貌、光学特性以及结构进行表征。结果表明，在1100°C条件下，同吋有石墨烯插层和催化剂的衬底表面能够获得

2、低应力单晶GaN纳米线。石墨烯、催化剂对于获得低应力单晶GaN纳米线有重要的作用。关键词：CVD;G沐纳米线;石墨烯;催化剂;单晶;作者简介：陈丁丁（1992-），男，河南焦作人，硕士生，主要从事III-V族氮化物材料生长研究。E-mail:njuddchcn@163.com收稿日期：2017-04-11基金：国家“973”计划项目（2016YFB0400100,2016YFB0400602）GrowthofGaNNanowiresonGrapheneCHENDingdingCHENLinXIUXiangqianL

3、IYuewenFURundingHUAXuemeiXIEZ订iLIUBinCHENPengZHANGRongZHENGYoudouSchoolofElectronicScienceandEngin.,NanjingUniversity;Abstract：Inthispaper,GaNnanowiresweregrownonsubstrateswiththegrapheneinsertlayerbychemicalvapordeposition(CVD)technologyatatmospherepressure.T

4、heeffectsofgrowthtemperature,grapheneinsortlayer,catalystonthemorphology,opticalpropertiesandstructuresofGaNnanowireswerestudiedsystematically.Themorphology,opticalpropertiesandstructuresofGaNnanowireswerecharacterizedbyscanningelectronmicroscopy(SEM),photolum

5、inescence(PL),Ramanspectraandtransmissionelectronmicroscopy(TEM).Theresultsshowthatlow-stressandsinglecrystaiGaNnemowirescanbegrownonthesubstrateswhichbothhavegrapheneinsertlayerandcatalystat1100°C.Grapheneinsertlayerandcatalystpbyanimportantroleinobtaininglow

6、-stressandsinglecrystalGaNnanowires.Keyword：CVD;GqMnanowircs;graphene;catalyst;singlecrystai;Received：2017-04-110引言G迅是直接带隙半导体材料，具有禁带宽度大、熔点高、饱和漂移速度高以及击穿电场大等优点，在微波器件、高频大功率器件以及短波长蓝光-紫外光发光器件等领域具有广泛的应用［1-2］。同时，由于纳米结构具有量子限制效应、库仑阻塞效应以及高的比表面等优点，GaN纳米线已经成为当今研究的热点之一［2-8

7、］o通常GaN纳米线都是在低压条件下，基于VLS机理，采用分子束外延(MBE)、金属有机化合物化学气相沉积(M0CVD)和氢化物气相外延技术(I1VPE)等方法生长［9-⑵。有研究报道表明，在不需要催化剂的参与下即可在石墨烯插入层衬底上生长出GaN纳米线［13］。由于石墨烯在高温下具有比较稳定的表面物理和化学性质，其六角结构与纤锌矿相的GaN的c面六角结构相似，这有利于GaN材料的成核，从而外延生长岀GaN纳米线［14T8］。另一方面，石墨烯作为插入层，可以方便移植GaN纳米材料到各种柔性衬底上，实现可弯曲形变的三

8、维柔性LED［19］o本文采用简单的金属稼升华的CVD方法，在石墨烯/蓝宝石衬底上制备了单晶GaN纳米线并研究了纳米线的结构和光学特性，为制作三维柔性LED提供了材料基础。1实验G迫纳米线的生长在恒温管式炉内进行。采用高纯金属Ga作为镣源，NHs作为氮源，衬底表面转移单层石墨烯作为插层，倒扣于纟家源上方，氮气作为载气，反应腔内压力为1.01325X10Pao