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功能材料 2020年第6期51卷 6200-6205页

作者：于斌张哲薛晋波章海霞余春燕贾伟郭俊杰李天保许并社太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室太原030024

实验以三氯化镓(GaCl3)为Ⅲ族源,通过自制的卤化物化学气相沉积(HCVD)装置在Si(111)衬底上实现了gan纳米材料的自催化生长,探讨了氨气(NH3)流量,反应温度和梯度变温生长工艺对GaCl3合成gan纳米材料的影响。利用扫描电子显微镜(SEM),能谱... 详细信息

实验以三氯化镓(GaCl3)为Ⅲ族源,通过自制的卤化物化学气相沉积(HCVD)装置在Si(111)衬底上实现了gan纳米材料的自催化生长,探讨了氨气(NH3)流量,反应温度和梯度变温生长工艺对GaCl3合成gan纳米材料的影响。利用扫描电子显微镜(SEM),能谱仪(EDS),X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)对样品进行表征,结果表明,gan纳米结构以团簇模式进行生长,符合气-液-固(V-L-S)生长机制。在不同的生长条件下,gan的表面形貌,晶体质量和发光性能存在明显的差异,当NH3流量为60 sccm,反应温度为900℃时,gan表现为规则的六边形结构,晶体质量好,PL图谱中未出现明显的红光峰(680 nm左右),采用梯度变温(800~900℃)生长工艺后,得到gan纳米材料的复合结构,其比表面积和近带边发光峰强度均得到提高。

关键词：三氯化镓(GaCl3) 卤化物化学气相沉积(HCVD) gan纳米材料自催化梯度变温

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化学气相沉积法制备gan相关的纳米材料

化学气相沉积法制备GaN相关的纳米材料

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作者：李敏东北大学

学位级别：硕士

gan作为第三代半导体材料的典型代表,其研究备受瞩目,被认为是制造蓝光二极管和大功率光电子器件最理想材料。由于gan纳米材料具有许多明显不同于其块体材料的独特性质,以及在可见光和紫外光光电子器件方面具有广泛的应用前景,近年来对... 详细信息

gan作为第三代半导体材料的典型代表,其研究备受瞩目,被认为是制造蓝光二极管和大功率光电子器件最理想材料。由于gan纳米材料具有许多明显不同于其块体材料的独特性质,以及在可见光和紫外光光电子器件方面具有广泛的应用前景,近年来对低维gan纳米材料的研究越来越受到人们的关注,并逐渐成为纳米材料领域的研究热点。但是,目前对gan纳米材料的合成工艺、微观结构等方面的研究还处在一个初级阶段。因此在这方面非常有必要进行较为深入的研究。本文选用价廉的原料Ga2O3为镓源、NH3作为氮源、H2为还原气体、N2为载气体,采用化学气相沉积方法在Si衬底上合成了形貌各异的gan低维纳米结构。在前人工作的基础上,对制备工艺进行了的研究。获得主要结论如下：(1)合成反应过程中气体通入方式会影响合成产物的组成和形貌,采用还原气体、载气和N源气体同时通入的方式是最有利的气体通入方式。作为还原气体的H2流量为25sccm (standard cubic centimeter per minute), N2流量为100sccm时,可以在硅基体上沉积出理想的gan颗粒膜。(2)Si基体的放置位置对产物的获得有着重要的影响。在距炉中心13-21cm处为产物获得区,在该区域内按照距离炉子中心由远及近分别易形成一维的gan纳米线、gan薄膜和gan/Ga2O3膜。(3)将Si基体放置在较低的炉温区域,制备出花束状的gan/Ga2O3的混合物,该花束状结构是由表面不光滑、从根部向上逐渐变粗的纳米棒组成。(4)Ga203分解生成的Ga元素与Si基体形成Ga-Si合金,按照气—液—固(VLS)生长机制生长成类柳絮状的SiOx纳米结构,是金属Ga的自催化作用生长出无数根SiOx纳米线。

关键词： gan纳米材料 SiOx纳米结构化学气相沉积生长机制

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合成gan纳米材料

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中国建材 2002年第12期 78-78页

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gan材料的溶胶凝胶法制备及其团簇结构的研究

GaN材料的溶胶凝胶法制备及其团簇结构的研究

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作者：王珊珊西北大学

学位级别：硕士

氮化镓(gan)是一种直接带隙宽禁带半导体材料,在光电子和微电子器件等方面具有广泛的应用。目前其研究与应用已成为全球半导体研究的前沿和热点。本文用简单易行的低成本的溶胶凝胶法制备出了高质量的gan粉体和薄膜材料,具有创新性和... 详细信息

氮化镓(gan)是一种直接带隙宽禁带半导体材料,在光电子和微电子器件等方面具有广泛的应用。目前其研究与应用已成为全球半导体研究的前沿和热点。本文用简单易行的低成本的溶胶凝胶法制备出了高质量的gan粉体和薄膜材料,具有创新性和实际意义。采用GaO为镓源、柠檬酸为络合剂制备出前驱体溶胶,再通过高温氨化退火制备gan粉体和薄膜。粉体样品的XRD与FTIR结果表明,当前驱体溶胶pH值为中性,氮化温度为950℃,氮化时间为90min时可制备出性能最佳的gan纳米粉体;XRD分析与选区电子衍射分析表明,所制备的薄膜样品为纯的六方纤锌矿结构的gan薄膜,薄膜晶粒沿(002)晶面择优取向;SEM和AFM结果表明gan晶粒的结晶度及薄膜表面平整度随退火温度的升高而提高;光致发光谱(PL谱)表明在350nm处出现了gan本征发光峰;在拉曼谱分析中出现A(TO)和E(TO)两种声子模式;XPS测试表明样品中存在Ga-N键。在Mg:gan的PL谱中,存在450-490nm处的蓝光发射带,且随着掺杂浓度的增大蓝带向低能方向移动即发生红移。用密度泛函理论(DFT)研究了gan(n=1.6)和gan(n=2-7)中性团簇的几何结构、振动频率及稳定性。结果表明,N-N键在gan(n=1-6)团簇的形成中起着决定性的作用;n=3是该团簇的幻数。在gan(n=2-7)团簇中,n=6是该团簇的幻数。研究发现两类团簇基态的最强振动频率中大部分与纤锌矿结构gan的声子模式A(TO)、E(TO)、A(LO)、E(LO)相近或相同,说明计算得到的团簇Ga-N键与gan纤锌矿结构的Ga-N键接近。该结论对解释纳米和薄膜材料的形成有指导意义。

关键词： gan纳米材料溶胶-凝胶法团簇密度泛函理论

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稀土掺杂氮化镓纳米粉溶胶—凝胶制备及发光机理研究

稀土掺杂氮化镓纳米粉溶胶—凝胶制备及发光机理研究

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作者：张璐西北大学

学位级别：硕士

与主导微电子产业的Ge、Si、GaAs、GaP等半导体相比,具有优异性能的氮化镓（gan）材料已成为当前最受重视的III-V族化合物半导体材料之一,在微电子、光电子、通讯领域具有广阔的应用前景。由于稀土掺杂半导体材料的光谱范围可以从紫外... 详细信息

与主导微电子产业的Ge、Si、GaAs、GaP等半导体相比,具有优异性能的氮化镓（gan）材料已成为当前最受重视的III-V族化合物半导体材料之一,在微电子、光电子、通讯领域具有广阔的应用前景。由于稀土掺杂半导体材料的光谱范围可以从紫外光、可见光一直延伸到近红外光范围,直接宽带隙的gan材料非常有利于稀土离子的掺杂发光,且稀土掺杂gan材料所制备的发光器件具有高亮度、长寿命、单色性好等优点[1-8]。因此本文的主要研究目标是制备本征及Pr、Ce、La等稀土元素掺杂的gan粉末,并通过与理论计算结果的对比研究其发光性能的变化。本文在介绍gan材料和稀土元素性质的基础上,分析了制备gan材料技术的优缺点、影响性能的因素（杂质和缺陷）,选用氧化镓为镓源、稀土氧化物为杂质源,柠檬酸为络合剂,利用成本低、易操作、掺杂均匀的溶胶-凝胶技术制备出未掺杂和稀土掺杂的纳米gan粉体。利用X射线衍射、傅立叶红外光谱、光致发光谱对所制备的粉体进行微观晶体结构和光学性能的表征,分析研究了各工艺条件对粉体质量的影响、掺杂对能带结构和光学性能的影响。同时从理论上利用第一性原理的密度泛函理论,选用MS软件分析研究了gan纳米晶体的电子结构与光学性质的关系,以及稀土离子掺杂后gan纳米晶体的光学参数。将理论计算结果与实验结果进行对比,结果表明：当溶液PH值为中性,退火温度为950℃时,gan粉体的结晶度较好,且随着掺杂浓度和退火温度的升高,掺杂粉体的发光强度有所减弱;理论计算的结果表明,本征及掺杂粉体均具有与实验结果相符的光学特性。本文通过实验工艺优化与理论计算分析,为gan光电材料的设计与应用提供了理论和实验依据。

关键词： gan纳米材料溶胶-凝胶法稀土掺杂光学性质

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