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GaAs纳米线pn结理论与实验研究

李然  
【摘要】:本论文工作围绕国家重点基础研究发展规划(973计划)项目(No:2010CB327601)-新型光电子器件中的异质兼容集成与功能微结构体系基础研究、国际科技合作重点项目(No:2006DFB11110)-基于微尺度效应和技术的异质结构半导体材料及器件、高等学校学科创新引智计划(No:B07005)、新世纪优秀人才支持计划资助(No:NCET-08-0736)、中央高校基本科研业务费资助(No:BUPT2009RC0410)、教育部“长江学者和创新团队发展计划”(No:IRT0609)展开的。 半导体纳米线是构建纳米级功能器件的理想构建块。纳米线P型掺杂和N型掺杂是制作纳米级器件的必须步骤。而对纳米线良好可控掺杂的研究仍然比较匮乏。本论文围绕GaAs纳米线掺杂和I-V特性测量开展了大量的理论和实验工作,对于GaAs纳米线pn结进行了相关的理论分析和实验创新。主要研究成果如下: 1、理论上解释了Zn元素在GaAs中的杂质类型,并绘制了GaAs中常见的p型和n型杂质的杂质能级图,总结了国外GaAs纳米线p型掺杂方法和研究成果。 2、研究了不同流量的DEZn (80、40、lsccm)对P型GaAs纳米线形态的影响,发现降低DEZn通入量,纳米线形态由弯曲变为垂直。对形态良好的P-GaAs纳米线等高生长的原因进行了分析。对其结构进行测试,其结果为纯闪锌矿结构。 3、对高Ⅱ/Ⅲ族比下,P-GaAs纳米线弯曲的原因进行了分析,弯曲原因有两方面:(1)由于DEZn通入量较大,过量的Zn原子团簇在侧壁形成畸形区造成成分的不稳定和过饱和;(2)表面应力和表面弹性应变效应。通过测定弯曲前后Zn原子的浓度证明了原因(1)是导致其弯曲的主要原因。 4、比较了不同SiH4流量(80、40sccm)下GaAs(111)B衬底上生长的n-GaAs纳米线形态,通过对直径、长度、生长速率的比较,发现SiH4流量对n型纳米线的形态影响不大,与p型掺杂有明显不同。分析得到Si在Au颗粒中的溶解度比Zn要低得多是两者不同的主要原因。 5、分析了制作欧姆接触的方法是用重掺杂的半导体与金属接触,设计了n-GaAs纳米线电极制备方案。实验上完成了对n-GaAs纳米线电极的后工艺处理,并测量了I-V特性曲线,得到正向导通电压为0.5V,反向击穿电压为-1.5V。


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