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InGaAs纳米结构的制备及光电特性研究

谭晃  
【摘要】:铟镓砷(InGaAs)是一种重要的Ⅲ-Ⅴ族合金半导体,室温下,InGaAs的带隙在0.35 e V到1.42 e V范围内可调且全组分内都是直接带隙。由于InGaAs半导体纳米材料具有可调的带隙、较高的电子迁移率和漏电流小的特性,使得它在光电子器件领域得到了广泛的应用。目前,关于InGaAs纳米结构的研究主要集中于纳米线的生长和光电器件制作两个方面。近年来报道的基于InGaAs纳米结构的光电器件有近红外激光器、太阳能电池和晶体管等。本论文采用改进的化学气相沉积法成功地制备出了高质量的InGaAs纳米线和纳米带,并第一次利用InGaAs纳米线制作了光电探测器,对其光电特性进行了研究,取得的主要成果如下:(1)直接以固体InAs粉末和GaAs粉末做原料和Au颗粒做催化剂,采用一步生长的化学气相沉积法成功地制备了高质量InGaAs合金纳米线。XRD分析结果证明合成的InGaAs纳米线为单晶纤锌矿结构。SEM和TEM观测显示,InGaAs纳米线的长度可达数十微米,直径约为150纳米,且合金纳米线中铟含量更高。EDS能谱测试结果表明合金纳米线的具体的组分为In_(0.65)Ga_(0.35)As。PL变温测试说明纳米线具有很好的发光性能并进一步证实了其单晶特性。(2)以制备的In_(0.65)Ga_(0.35)As合金纳米线为材料,采用光刻和热蒸发的方法制作了纳米线光电探测器。对探测器的光电响应研究表明,室温下,In_(0.65)Ga_(0.35)As纳米线光电探测器在近红外波长的1100纳米至2000纳米间的区域都有很好的光电响应。通过计算得到探测器的响应度和外量子效率分别为6.5×10~3AW~(-1)和5.04×105%。其中In_(0.65)Ga_(0.35)As纳米线光电探测器的响应度高出基于InGaAs量子点和薄膜光电探测器数个数量级,我们分析了纳米线探测器高性能产生的原因。(3)用InAs粉末和GaAs粉末按质量比二比一混合为原料,采用简单的化学气相沉积法,我们首次发现和制备出了InGaAs合金纳米带。并对纳米带的形貌、结构和性质进行了SEM、TEM、EDS和PL表征,结果表明我们制备的是单晶In0.82Ga0.18As纳米带并且发现其在低温下有很好的光学性质。在此基础上,我们通过改变原料中两种粉末的质量比和生长温度,又成功地制备出了另外两种纳米带,SEM和EDS表征显示,两种纳米带都是InGaAs合金纳米带。


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