InGaAs/InP异质结构纳米线的生长与表征研究

纳米材料在器件中的应用将对电子、信息领域产生深远的影响。一维纳米材料是纳米材料的一个重要分支，它既是研究其它低维材料的基础，又与纳米电子器件及微型传感器密切相关，在纳米器件、导线、开关、电路及光导纤维等方面具有巨大的应用潜力。本项目利用MOCVD技术生长InGaAs/InP异质结构纳米线，并对半导体异质结构纳米线的相关物理问题进行研究。采用预淀积铟纳米点作为纳米线的生长点，替代其它金属如金作催化剂，消除其它金属对半导体纳米线的影响作用。研究铟纳米点形成条件与半导体纳米线密度、尺寸的关系，为生长尺寸均匀半导体纳米线提供基础，实现半导体异质结构纳米线的可控生长。采用扫描电镜、透射电镜、拉曼散射、光致发光谱等手段对半导体纳米线性能进行表征。研究生长条件对异质结构纳米线性能的影响。探讨异质结构纳米线的结构与性能关系。为纳米材料的研究提供最基本的异质结构以及半导体纳米线的实际应用奠定良好材料基础。

为将半导体纳米线材料与成熟的硅半导体集成技术相结合，本项目利用自催化法，在Si（100）衬底上实现了InP纳米线和InGaAs/InP异质结构纳米线的可控性生长，在InP衬底上生长了InGaAs纳米花，并利用扫描电镜、X射线衍射、透射电镜、光致发光和拉曼散射等表征技术研究了InP纳米线、InGaAs纳米花和InGaAs/InP异质结构纳米线的形貌、生长机理、晶体生长取向、晶体结构和光学性质。优化了In纳米点和InP纳米线的生长条件，获得了直径、形状和长度可控的InP纳米线。研究了InP纳米线在不同生长阶段的过程，实验验证了自催化法纳米线生长过程中生成新催化剂点。研究了InP纳米线生长过程中的生长方向、晶体质量和光致发光的变化规律。X射线衍射发现InP纳米线的晶体生长取向<111>。透射电子显微镜和电子衍射结果显示单根InP纳米线具有闪锌矿结构，并存在孪晶面缺陷及其导致的“Z”形表面缺陷。InP纳米线的光致发光能量相对InP体材料发生蓝移，半高宽增大，并且蓝移量和半高宽增大量随着纳米线生长温度的降低而增大。激光热效应对InP纳米线的拉曼TO和LO峰位有显著影响，相对InP体材料，其TO和LO峰拉曼频移减小，并且拉曼频移减小量随着激发光功率的降低而减小。采用两个生长温度的方法制备出了InGaAs/InP核壳结构纳米线，并通过改变生长条件调控了InGaAs组分。对InGaAs/InP核壳结构纳米线进行了表征研究，通过透射电镜和EDX确认了径向的异质结构，并配合扫描电子显微镜和X射线衍射对纳米线顶端的催化剂颗粒的变化进行了研究。在InP衬底上生长InGaAs纳米花，分析铟镓砷纳米花形成过程，利用光致发光和拉曼光谱确定InGaAs纳米花的组分。按项目计划书研究任务要求，完成项目研究任务。