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自20世纪90年代纳米线概念的引入,半导体纳米线已经引起了广泛的研究。通过控制纳米线的维度和尺寸,调整其光学和电学性能已经取得了很大的进步。时至今日,半导体纳米线的生长合成技术已经发展到一定的水平,可以合成具有特定成分、特定结构的纳米线。已经被成功制备出的一维纳米光电子器件主要包括光学探测器,化学和气体传感器,波导,非线性光学转换器,发光二极管和微腔激光器。 GaN材料作为第三代半导体材料,由于自身材料的优点和加上一维纳米材料的特性,使GaN纳米线在纳米光电器件方面有重要的应用前景,一维GaN纳米线的合成及其性能研究也成为目前国际上的研究热点之一。由于材料的结构和性质决定了器件的性能,因此纳米线材料的可控制备是其应用于纳米器件的前提和基础。虽然在过去短短的十几年间纳米线材料的研究已经取得了很大的进步,然而,如何在形貌、排列、成份、结构以及性质上可控制备一维纳米材料,依然是一个很大的挑战。 本论文通过MOCVD系统,以三甲基铟作为催化剂的来源,预先通入三甲基铟,形成液相铟滴,然后原位生长出GaN纳米线。使用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪来对样品进行表面形貌观察和材料表征分析。在此基础上初步探讨了In催化GaN纳米线的生长机制,并取得了如下的研究结果: 1.发现引入In催化剂有助于GaN纳米线生长初期的定向析出,从而有助于定向生长材料。 2.分别在Si衬底、表面镀有一层致密SiO2的Si衬底和蓝宝石衬底上获得了GaN纳米线,其中Si衬底表面会和Ga原子发生回熔现象,阻碍合金的形成,而蓝宝石衬底则比较有利于合金液滴的形成。随着时间的延长,衬底对纳米线生长的影响减弱,同时在纳米线的侧面会形成GaN颗粒团聚。 3.对GaN纳米线的成分和结构进行了表征分析,发现GaN纳米线的生长过程主要是随着Ga不断融入合金液滴中并析出后,再与周边的游离N原子反应生成GaN,形成的GaN为六方纤锌相。 4.初步探讨了GaN纳米线的生长机制,认为In催化GaN纳米线的生长满足VLS原理,纳米线生长的同时,有机源分解出的多余的Ga、N原子附着于纳米线上并发生发应形成GaN颗粒,堆积生长,形成核壳结构。