Si掺杂对GaAs纳米线发光特性的影响EI北大核心CSCD

采用分子束外延技术(MBE)在Si(111)衬底上生长了非掺杂和Si掺杂砷化镓(GaAs)纳米线(NWs)。通过扫描电子显微镜(SEM)证实了生长样品的一维性;通过X射线衍射(XRD)测试和拉曼光谱(Raman)证实了掺杂GaAs纳米线中Si的存在;通过光致发光(PL)研究了非掺杂和Si掺杂GaAs纳米线的发光来源,掺杂改变了GaAs纳米线的辐射复合机制。掺杂导致非掺杂纳米线中自由激子发光峰和纤锌矿/闪锌矿(WZ/ZB)混相结构引起的缺陷发光峰消失。     

GaAs纳米线及GaAs/In_xGa_(1-x)As/GaAs纳米线径向异质结构的无催化选区生长的实验研究

利用无催化选区金属有机化学气相沉积(SA-MOCVD)法在GaAs(111)B衬底上分别制备了GaAs纳米线和GaAs/InxGa1-xAs/GaAs纳米线径向异质结构.系统地研究了生长条件对GaAs纳米线生长的影响.实验结果显示,GaAs纳米线的形貌和长度依赖于生长温度、AsH3的分压以及SiO2掩膜表面的圆孔直径.因此可以通过调节以上因素来得到高质量的GaAs纳米线.并且发现扩散是影响无催化选区生长GaAs纳米线的主要机理.微区光致发光谱(μ-PL)表明,GaAs/InxGa1-xAs/GaAs纳米线径向异质结构被成功合成,室温(300 K)下它的发光波长为913 nm.这些结果对于GaAs纳米线及其异质结构制备的进一步研究及其在光电子器件中的应用具有很好的参考价值.     

Y掺杂Si纳米线的光致发光特性

以n型单晶Si(111)为衬底,利用Au作为催化剂,在温度、N₂流量和生长时间分别为1 100 ℃,1.5 L·min-1和60 min的条件下,基于固-液-固生长机制,生长了直径为60～80 nm、长度为数十微米的高密度Si纳米线。随后,以Y₂O₃粉末为掺杂源,采用高温扩散方法对Si纳米线进行了钇(Y)掺杂。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和荧光分光光度计对不同掺杂温度(900～1 200 ℃)、掺杂时间(15～60 min)和N₂流量(0～400 sccm)等工艺条件下制备的Y掺杂Si纳米线的形貌、成分、结晶取向以及激发光谱和发射光谱特性进行了详细的测量和表征。结果表明,在掺杂温度为1 100 ℃,N₂流量为200 sccm、掺杂时间为30 min和激发波长为214 nm时,Y掺杂Si纳米线样品表现出较好的发光特性。样品分别在470～500和560～600 nm范围内出现了两条发光谱带。560～600 nm的发光带由两个发光峰组成,峰位分别为573.6和583.8 nm,通过结构分析可以推测,这两个发光峰是由Y3+在Si纳米线的带隙中引入的杂质能级引起的。而470～500 nm较宽的发光带同样来源于Y离子在Si纳米线带隙中引入的与非晶SiO_x壳层中氧空位能级十分接近的杂质能级。     

表面悬挂键对GaAs纳米线掺杂的影响及其钝化

利用第一性原理计算方法研究了表面悬挂键对GaAs纳米线掺杂的影响及其钝化．计算结果显示,不论是闪锌矿结构还是纤锌矿结构,GaAs纳米线表面Ga原子上带正电荷的表面悬挂键都是一类稳定的缺陷,并且这种稳定性不会随着纳米线直径的变化而变化．这种表面悬挂键会形成载流子陷阱中心从而从p型掺杂的GaAs纳米线俘获空穴,使得纳米线的掺杂效率下降．和NH₃相比,NO₂ 具有足够的电负性来俘获GaAs纳米线表面悬挂键上的未配对电子,从而有效地钝化GaAs纳米线的表面悬挂键,提高纳米线的p型掺杂效率,并且这种钝化特性不会随着纳米线直径的变化而改变．     

Eu掺杂Si纳米线的光致发光特性

利用Si(111)衬底, 以Au-Al为金属催化剂, 基于固-液-固生长机理, 在温度为1100℃, N₂气流量为1.5 L/min、生长时间为30–90 min等工艺条件下, 制备了直径约为100 nm、长度为数微米的高密度、均匀分布、大面积的Si纳米线(～10¹⁰ cm^-2). 对Si纳米线进行了Eu掺杂, 实验研究了不同长度的Si纳米线以及不同掺杂温度、掺杂时间等工艺参数对Eu离子红光发射的影响, 利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对Si纳米线表面形貌和Eu掺杂后Si纳米线的结晶取向进行了测量和表征; 室温下利用Hitachi F-4600型荧光分光光度计对样品的激发光谱和发射光谱进行了测试和分析. 结果表明: 在Si纳米线生长时间为30 min、掺杂温度为1000℃、 最佳激发波长为395 nm时, 样品最强荧光波长为619 nm (⁵D₀→⁷F₂); 同时, 还出现了576 nm (⁵D₀→⁷F₀), 596 nm (⁵D₀→⁷F₁), 658 nm (⁵D₀→⁷F₃)和708 nm (⁵D₀→⁷F₄)四条谱带.     

金辅助催化方法制备GaAs和GaAs/InGaAs纳米线结构的形貌表征及生长机理研究

利用金（Au）辅助催化的方法,通过金属有机化学气相沉积技术制备了GaAs纳米线及GaAs/InGaAs纳米线异质结构.通过对扫描电子显微镜（SEM）测试结果分析,发现温度会改变纳米线的生长机理,进而影响形貌特征.在GaAs纳米线的基础上制备了高质量的纳米线轴、径向异质结构,并对生长机理进行分析.SEM测试显示,GaAs/InGaAs异质结构呈现明显的“柱状”形貌与衬底垂直,InGaAs与GaAs段之间的界面清晰可见.通过X射线能谱对异质结样品进行了线分析,结果表明在GaAs/InGaAs轴向纳米线异质结构样品中,未发现明显的径向生长.从生长机理出发分析了在GaAs/InGaAs径向纳米线结构制备过程中伴随有少许轴向生长的现象.     

等离子体增强化学气相沉积法实现硅纳米线掺硼

用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法成功实现硅纳米线的掺B.选用Si片作衬底，硅烷 （SiH4）作硅源，硼烷（B2H6）作掺杂气体， Au作催化剂，生长温度440℃.基于气-液-固(VLS)机制，探讨了掺B硅纳米线可能的生长机制.PECVD法化学成分配比更灵活，更容易实现纳米线掺杂，进一步有望生长硅纳米线pn结，为研制纳米量级器件提供技术基础. 关键词： 硅纳米线 化学气相沉积 纳米器件     

Ce掺杂Si纳米线的制备及其蓝光发射特性

以抛光和“金字塔”织构表面的单晶Si(100)为衬底,分别以Au和Au-Al为金属催化剂,在温度为1 100 ℃、N₂气流量为1 500 sccm、生长时间为15～60 min等工艺条件下,制备了直径约为50～200 nm、长度为数微米至数十微米和不同分布的Si纳米线。然后,利用CeO₂粉末为掺杂剂,在温度为1 100～1 200 ℃、N₂流量为1 000 sccm、掺杂时间为30～60 min等工艺条件下对Si纳米线进行Ce掺杂。实验研究了不同Si纳米线长度、密度和分布等对Ce3+蓝光发射的影响。室温下利用Hitachi F-4600型荧光分光光度计对样品的激发光谱和发射光谱进行了测试和分析,同时利用FLS920全功能型荧光光谱仪对样品的荧光量子效率进行了测试。结果表明,在Si纳米线生长时间为30 min、织构表面和密度相对较低时以及最佳激发光波长为328 nm时,样品发射光波长为405 nm(5d→2F_5/2)荧光强度较大,实现了强的蓝光发射,其荧光量子效率达到了65.57%。通过光谱功率分布和CIE-1931标准公式进行计算,Ce掺杂Si纳米线样品的色坐标为(0.16, 0.03);发光强度大,量子效率高使其在照明、显示等领域有着潜在的应用价值,同时对Si纳米线在发光领域的研究和应用具有一定的参考价值。     

树形结构Si/ZnO纳米线阵列的制备及光学性能

用一种低成本的方法制备出了树形结构Si/ZnO纳米线阵列。首先在室温条件下用金属辅助化学腐蚀法在Si(100)衬底上制备了Si纳米线阵列,Si纳米线的直径尺寸及分布都很均匀,通过改变腐蚀时间,能够得到高度不同的Si纳米线阵列。利用磁控溅射在Si纳米线表面制备一层ZnO薄膜,然后利用水热法在Si纳米线阵列上生长了ZnO纳米线。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和光致发光(PL)测试对样品进行了表征。通过这种方法制备的Si/ZnO复合结构在太阳能电池、光催化等领域有潜在应用价值。     

InAs/GaAs和InAs/InxGa1-xAs/GaAs纳米线异质结构的生长研究

利用金辅助金属有机化学气相沉淀法(MOCVD)在GaAs(111)B衬底上分别制备了InAs/GaAs和InAs/In _{x Ga1-xAs/GaAs(0≤x≤1)纳米线异质结构.实验结果显示,直接生长在GaAs纳米线上的InAs纳米线生长方向杂乱或者沿着GaAs纳米线侧壁向衬底方向生长,生长的含有In x Ga1-xAs组分渐变缓冲段的InAs/In x Ga1-x关键词： 纳米线异质结构 xGa1-xAs')" href="#">InxGa1-xAs 组分渐变缓冲层 金属有机化学气相沉淀法}     

GaAs纳米线晶体结构及光学特性

采用分子束外延技术在N-型Si (111)衬底上利用自催化生长机制外延砷化镓(GaAs)纳米线,对生长的纳米线进行扫描电子显微镜测试,纳米线垂直度高,长度直径均匀度好.对纳米线进行光致发光(photoluminescence, PL)光谱测试,发现低温10 K下两个发光峰P1和P2分别位于1.493 eV和1.516 eV,推断可能是纤锌矿/闪锌矿(WZ/ZB)混相结构引起的发光以及激子复合引起的发光;随着温度升高,发现两峰出现红移,并通过Varshni公式拟合得到变温变化曲线.对纳米线进行变功率PL光谱测试,发现P1位置的峰位随功率增加而蓝移,而P2位置的峰位不变.通过拟合发现P1峰位与功率1/3次方成线性相关,判断可能是WZ/ZB混相结构引起的Ⅱ型发光;同时,对P2位置的峰位进行拟合,P2为激子复合发光.对纳米线进行拉曼光谱测试,从光谱图中发现GaAs WZ结构特有的E_2声子峰,因此证明生长出的纳米线为WZ/ZB混相结构,并通过高分辨透射电子显微镜更直观地观察到纳米线的混相结构.     

Tb掺杂Si纳米线的光致发光特性

以金属Au-Al为催化剂,在温度为1 100 ℃,N₂气流量为1 500 sccm、生长时间为30 min,从Si(100)衬底上直接生长了直径约为50～120 nm、长度为数百纳米的高密度、大面积的Si纳米线。然后,利用Tb₂O₃在不同温度(1 000～1 200 ℃)、掺杂时间(30～90 min)和N₂气流量(0～1 000 sccm)等工艺条件下对Si纳米线进行了Tb掺杂。最后,对Si(100)衬底进行了Tb掺杂对比。室温下,利用荧光分光光度计(Hitachi F-4600) 测试了Tb掺杂Si纳米线的光致发光特性。实验研究了不同掺杂工艺参数(温度、时间和N₂气流量)对Tb3+绿光发射的影响。根据Tb3+能级结构和跃迁特性对样品的发射光谱进行了分析。结果表明,在温度为1 100 ℃,N₂气流量为1 500 sccm、时间为30 min等条件下制备的Si纳米线为掺杂基质,Tb掺杂温度为1 100 ℃,N₂气流量为1 000 sccm、光激发波长为243 nm时,获得了最强荧光发射,其波长为554 nm(5D₄→7F₅),同时还出现强度相对较弱的494 nm(5D₄→7F₆),593 nm(5D₄→7F₄)和628 nm(5D₄→7F₃)三条谱带。Tb掺杂的体Si衬底在波长554 nm处仅有极其微弱的光致发光峰。     

Si纳米线的固-液-固可控生长及其形成机理分析

以Au膜作为金属催化剂,直接从n-(111)Si单晶衬底上制备了直径为30—60nm和长度从几微米到几十微米的高质量Si纳米线.实验研究了Au膜层厚、退火温度、N2气流量和生长时间对Si纳米线形成的影响.结果表明,通过合理选择和优化组合上述各种工艺条件,可以实现直径、长度、形状和取向可控的纳米线生长.基于固-液-固生长机理,定性阐述了Si纳米线的形成过程.     

δ掺杂对Si衬底GaN蓝光LED外延膜性能的影响研究

用X射线衍射方法通过不同晶面的ω扫描测试,分析了Si衬底GaN蓝光LED外延膜中n-型层δ掺杂Si处理对外延膜结晶性能的影响。报道了Si衬底GaN外延膜系列晶面的半峰全宽(FWHM)值。通过使用晶格旋转(Lattice-rotation)模型拟合,计算出样品的螺位错密度和刃位错密度。结果表明,δ掺杂Si处理后生长出的样品螺位错密度增大、刃位错密度减小,总位错密度有所减小。通过对未经δ掺杂处理和δ掺杂处理的GaN外延膜相应ω-2θ扫描半峰全宽值的比较,发现δ掺杂Si处理后生长出的样品非均匀应变较大;相应样品的LED电致发光光谱I、-V特性曲线显示δ掺杂后样品性能变好。     

基于MOCVD三步生长的GaAs/Si外延技术EI北大核心CSCD

在硅(Si)上外延生长高质量的砷化镓(GaAs)薄膜是实现硅基光源单片集成的关键因素。但是,Si材料与GaAs材料之间较大的晶格失配、热失配等问题对获得高质量的GaAs薄膜造成了严重影响。本文利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术开展Si基GaAs生长研究。通过采用三步生长法,运用低温成核层、高温GaAs层与循环热退火等结合的方式,进一步降低Si基GaAs材料的表面粗糙度和穿透位错密度。并利用X射线衍射(XRD)ω-2θ扫描追踪采用不同方法生长的样品中残余应力的变化。最终,在GaAs低温成核层生长时间62 min(生长厚度约25 nm)时,采用三步生长、循环热退火等结合的方式获得GaAs(004)XRD摇摆曲线峰值半高宽(FWHM)为401″、缺陷密度为6.8×10^(7) cm^(-2)、5μm×5μm区域表面粗糙度为6.71 nm的GaAs外延材料,在材料中表现出张应力。     

多波长飞秒激光激发下GaAs纳米线SHG特性研究

本文基于有限元法研究了直立生长于GaAs衬底的GaAs纳米线的光场响应和光场增强性质. 实验使用多个波长的飞秒激光脉冲激发GaAs纳米线, 测得了较高效率的二次谐波信号, 并首次使用宽带超连续飞秒脉冲 (1000–1300 nm) 在纳米线上获取了宽带、无杂散荧光噪声的二次谐波信号. 这种高效的二次谐波产生过程主要归因于纳米结构引起的局域场增强效应. 本文阐明了GaAs纳米线的二次谐波倍频特性, 这些结果对于其在纳米光学中的光器件、 光集成等领域的进一步研究和实际应用具有很好的参考价值. 关键词： GaAs纳米线 二次谐波 飞秒激光     

ZnO纳米线的合成与生长机理

采用化学气相沉积系统制备ZnO纳米线,以覆盖一层约5nm厚的Ag薄膜的单晶Si(001)为衬底,纳米线的生长遵循气-液-固(VLS)机理。对得到的样品采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)进行晶体结构和形貌的表征。XRD结果表明衬底温度在600~700℃时生长的ZnO纳米线具有六方结构和统一的取向。通过扫描电子显微镜分析,比较了生长温度对纳米线直径和长度的影响。实验表明我们可以通过催化剂和温度来实现ZnO纳米线生长的可控。与传统的VLS生长方式不同的是在我们制备的ZnO纳米线顶端并没有看到催化剂颗粒,表明纳米线的生长方式是底部生长,我们对其生长机理进行了研究。     

衬底对化学气相沉积法制备氧化硅纳米线的影响

通过化学气相沉积法在不同衬底上制备了大量的氧化硅纳米线.选用衬底为Si片、带有约100nm厚SiO2氧化层Si片和石英片.利用场发射扫描电子显微镜(SEM)和透射电镜(TEM，配备有能谱仪)对样品的表面形貌、结构和成分进行研究.结果表明：这些纳米线都为非晶态，但在不同衬底上生长的纳米线形貌、尺寸和化学成分不同.讨论了各种衬底对不同特征氧化硅纳米线生长的影响. 关键词： 化学气相沉积 纳米线 纳米颗粒     

Si衬底上InP纳米线的晶体结构和光学性质

采用金属有机化学气相沉积技术,利用自催化法,在Si(100)、(111)衬底上成功生长了InP纳米线。利用扫描电镜观察样品表面,在Si(100)、(111)衬底上生长的纳米线形貌相似,纳米线面密度不同。利用X射线衍射和透射电镜研究纳米线的生长取向和晶体结构,结果显示纳米线具有闪锌矿结构,生长方向〈111〉,并且具有层状孪晶结构。与InP体材料相比,纳米线的光致发光峰位蓝移,半峰全宽增大,拉曼散射TO和LO峰向低波数频移,频移随激发光功率减弱而减小。     

GaAs纳米线阵列太阳能电池的设计与优化

为了得到纳米线阵列太阳能电池的最优转换效率,通过仿真计算对GaAs轴向pin结纳米线阵列进行了结构优化.首先利用三维有限时域差分法分析了GaAs纳米线阵列的光吸收特性,并对其直径、密度等结构参量进行优化,优化后的GaAs纳米线阵列的光吸收率可达87.4%.在此基础上,利用Sentaurus软件包中的电学仿真模块分析了电池的电学性能,并根据光生载流子在纳米线中的分布,对轴向pin结结构进行优化,最终优化过的太阳能电池功率转换效率可达到17.6%.分析结果表明,通过钝化处理以降低GaAs纳米线的表面复合速率,可显著提升电池的功率转换效率,而通过减小纳米线顶端高掺杂区域的体积,可减少载流子复合损耗,从而提高电池效率.该研究可为制作高性能的纳米线太阳能电池提供参考.