半導(dǎo)體所制備出近全組分可調(diào)的高質(zhì)量GaAs1-xSbx納米線

    近日，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體超晶格國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員趙建華團(tuán)隊(duì)及合作者在《納米快報(bào)》(Nano Letters)上發(fā)表了制備出近全組分可調(diào)的高質(zhì)量GaAs1-xSbx納米線的成果。

　　作為重要的三元合金半導(dǎo)體，GaAs1-xSbx具有禁帶寬度從1.42 eV (GaAs)到0.72 eV (GaSb)大范圍調(diào)諧的特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)調(diào)諧范圍為870~1720 nm，是一種極具潛力的能帶工程材料，在光纖通信系統(tǒng)、紅外發(fā)光二極管、光探測(cè)器、激光器及異質(zhì)結(jié)雙極晶體管等方面具有重要的應(yīng)用前景。然而，由于高Sb組分的GaAs1-xSbx與III-V族半導(dǎo)體襯底之間存在較大的晶格失配，制備高質(zhì)量的高Sb組分GaAs1-xSbx薄膜仍存在很大的挑戰(zhàn)。但是將GaAs1-xSbx制備成納米線有望提高GaAs1-xSbx材料的質(zhì)量，目前，人們已經(jīng)利用金屬有機(jī)氣相沉積及分子束外延等技術(shù)在Si襯底上制備出GaAs1-xSbx納米線，但幾乎所有這些納米線中Sb組分均低于0.5。大組分可調(diào)諧的高質(zhì)量GaAs1-xSbx納米線的可控制備是困擾人們的難題。

　　趙建華團(tuán)隊(duì)的博士生李利霞和助理研究員潘東等利用分子束外延技術(shù)通過(guò)調(diào)控Sb、As源爐束流以及生長(zhǎng)室As蒸汽壓的大小，在國(guó)際上率先在Si襯底及GaAs納米線上制備出了近全組分可調(diào)的GaAs1-xSbx納米線。透射電鏡結(jié)果表明GaAs1-xSbx納米線具有純閃鋅礦單晶結(jié)構(gòu)。他們與半導(dǎo)體所研究員孫寶權(quán)、譚平恒、湖南大學(xué)教授潘安練的課題組合作，研究了GaAs1-xSbx納米線的光學(xué)性質(zhì)，證實(shí)了其光致發(fā)光波長(zhǎng)在77 K時(shí)可從844 nm (GaAs)調(diào)控到1760 nm (GaAs0.07Sb0.93)，禁帶寬度調(diào)諧范圍達(dá)到0.76 eV，并觀察到室溫拉曼光譜中光學(xué)聲子隨Sb組分增加出現(xiàn)的紅移現(xiàn)象。利用GaAs1-xSbx納米線制作的場(chǎng)效應(yīng)器件在低Sb組分時(shí)具有明顯的整流效應(yīng)，隨著Sb組分的升高，整流效應(yīng)消失。近全組分可調(diào)高質(zhì)量GaAs1-xSbx納米線的成功制備，有望加速GaAs1-xSbx三元合金納米線能帶工程在下一代近紅外發(fā)光二極管、激光器及光纖通訊等方面的應(yīng)用。

　　該項(xiàng)工作得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委及中科院的經(jīng)費(fèi)支持。

圖：近全組份可調(diào)高質(zhì)量GaAs1-xSbx納米線掃描電鏡和透射電鏡圖及光致發(fā)光譜（77K）