化学气相沉积法催化生长高结晶六方氮化硼薄膜及其发光性质

国际上最新的研究进展表明，六方氮化硼（hBN）具有卓越的紫外发光能力，是新一代紫外光电器件的重要候选材料；利用高温高压法和固相催化反应法已经成功制备出具有近带边发光能力的hBN晶体。本项目基于国际上最新的研究进展和化学气相沉积法（CVD）制备hBN薄膜存在的问题，将催化结晶反应引入CVD反应系统，以期建立一种适合器件制备要求的高结晶hBN薄膜的制备方法，即CVD法催化生长。通过研究催化剂的种类和结构对hBN薄膜CVD生长的影响规律确定适于CVD反应环境并具有高效催化功能的催化剂体系及其结构特征；通过研究CVD工艺参数对hBN薄膜催化生长的影响规律，建立高结晶hBN薄膜CVD催化生长的工艺条件，生长出具有带间或近带边发光能力的高结晶hBN薄膜；通过研究不同结构hBN薄膜的发光特性，建立发光特性与薄膜结构的关系，确定具有带间或近带边发光能力的hBN薄膜的结构特征。

六方氮化硼（hBN）具有突出的紫外发光能力，是新一代紫外光电器件的重要候选材料；利用高温高压法和固相催化反应法已经成功制备出具有近带边发光能力的hBN晶体，但利用化学气相沉积法（CVD）制备高结晶hBN薄膜的问题还没有解决，而CVD法是一种适合器件制备要求的制备方法。本项目研究通过在化学气相沉积过程中引入催化剂制备高结晶hBN薄膜，研究计划包括三个主要部分，一是催化剂的选择和制备，二是高结晶hBN薄膜的催化生长工艺，三是高结晶hBN薄膜的发光性质。项目立项资助以来课题组进行了大量的实验和测试工作，完成了预定的研究计划，基本实现了预定目标。通过本项目的研究找出了适于hBN CVD生长的催化剂体系，建立了hBN CVD催化生长的工艺，制备出了具有良好结晶度和发光性质的高质量hBN薄膜。研究结果表明，Mo和Ni-Mo合金对hBN的CVD生长具有明显的结晶催化作用，经过CVD催化生长和后续退火获得的hBN薄膜结晶度大大提高，其Raman特征峰半高宽可达9.3 cm-1,相当于已报道的HTHP法生长的hBN晶体的水平。获得的hBN薄膜具有良好的发光性质，在293nm具有一个很锐的强发光峰，该峰强度随退火处理的进行显著增强及窄化，说明这个峰不是来源于缺陷，有可能与掺杂半导体带间跃迁有关。本项目研究结果清楚表明催化剂辅助CVD是生长高结晶hBN薄膜的可行方法，值得进一步研究探索。