氮化鎵奈米柱簡介

   自從高品質的氮化鎵被Shuji Nakamura 成功的以有機金屬化學氣相沈積法(MOCVD)長成之後,引起學界及業界極大的興趣投入大量的研發。因三族-氮系列材料及其合金為直接能隙,且能隙範圍涵蓋整個可見光區(Eg,InN = 1.9 eV Eg,GaN = 3.4 eVEg,AlN = 6.2 eV),未來將可以取代人類的照明設備。奈米材料因其低維度效應而產生許多和塊材不一樣物理特性,如:融點降低,能隙改變等,也引起研究者廣泛的興趣,所以,氮化鎵奈米材料就更顯出其重要性。目前,有許多製作氮化鎵奈米材料(奈米顆粒、奈米線、奈米管及奈米柱)的方法,如:W. Han等人以化學氣相沈積法及電弧法(arc discharge)將氮化鎵填入奈米碳管內,X. Duan等人以雷射消融法(laser ablation)製作氮化鎵奈米線,X. Chen等人以化學氣相沈積法製作出均勻且直的氮化鎵奈米線, J. Goldberger等人使用氣相沈積法將氮化鎵成長於六角柱氧化鋅(ZnO)上,再用高溫的氬氣混合10 %的氫氣,將氧化鋅去除而獲得垂直於基板的氮化鎵奈米管,H. M. Kim等人以氫化物氣相磊晶法(Hydride vapor phase epitaxy, HVPE)製作出氮化鎵奈米柱,杜立偉等人以電漿輔助分子束磊晶法(plasma-assisted molecular-beam epitaxy, PAMBE)生長出垂直於基板的氮化鎵奈米柱。上述作法,除了HVPEPAMBE法外,其餘的都是採用氣液固法(vapor-liquid-solid, VLS)或氣固法(VS)的機制,利用奈米金屬或金屬化合物為催化劑輔助成長。雖然,有人提出PAMBE可能亦為VLS的一種,但並無非常明確的證據顯示為VLS的成長機制,例如:在奈米柱頂端測得Ga的金屬。以PAMBE成長氮化鎵奈米柱,因PAMBE為超高真空系統,所以可以達到幾乎無污染的環境,在使用超高純度的材料源之後,製成的氮化鎵奈米結構可達100 %的純度,且奈米柱的結構為無錯位的高品質單晶結構,所製作的奈米元件,如:奈米發光二極體奈米雷射奈米場效電晶體等,品質高,大大提升應用的價值。