Be, Si 掺杂调控GaAs 纳米线结构相变及光学特性*

亢玉彬 唐吉龙† 李科学‡ 李想 侯效兵楚学影 林逢源 王晓华 魏志鹏

1) (长春理工大学, 高功率半导体激光国家重点实验室, 长春 130022)

2) (长春理工大学理学院, 长春 130022)

(2021 年4 月23 日收到; 2021 年5 月25 日收到修改稿)

1 引 言

GaAs 材料具有直接带隙、高电子迁移率等优良属性, 被广泛应用在场效应晶体管[1]、激光器[2]、光电探测器[3]和光伏器件[4]等领域. GaAs 纳米线因在光子集成器件中前景广阔而备受关注, 高质量GaAs 纳米线的可控制备是器件实用化的前提,过去的几十年里, GaAs 基纳米线的生长机制得到了广泛的研究, 通常GaAs 薄膜材料为立方闪锌矿(zinc blende, ZB)结构, 但随着尺寸的减小, 一维纳米材料中出现了六方纤锌矿(wurtzite, WZ)相[5]. WZ/ZB 混合相的存在对纳米线的电学和光学性能产生了严重的影响, 显著降低了纳米线中载流子迁移率和辐射复合效率[6-8]. 2009 年, Parkinson等[6]观察到堆垛层错密度的增加使GaAs 纳米线的载流子迁移率从2250 降低到1200 cm2/(V·s).Thelander 等[7]在InAs 纳米线中观察到了WZ/ZB混合相比单一相高2 个数量级的电阻率. 2013 年,Woo 等[8]对生长的InP 纳米线室温光致发光光谱测试, 发现无缺陷纯相ZB 结构纳米线发射强度是具有孪晶缺陷或混相结构纳米线发射强度的7 倍.WZ 结构和ZB 结构之间的多型晶界作为电子和声子的散射中心, 对电子和声子输运产生不良影响.因此消除WZ/ZB 混相结构及降低纳米线的缺陷对提高载流子传输和器件性能具有决定性作用.

近几年, 大量研究工作致力于开发将WZ/ZB混相结构转变为纯相ZB 或者WZ 结构生长工艺.主要是通过控制纳米……