宽禁带半导体氮化铟低维结构研究取得重要进展
2006年9月1日,在世界著名科学期刊《自然Nature》杂志网站纳米技术专栏上,来自中国科学院半导体所材料科学重点实验室关于宽禁带半导体氮化铟低维结构研究的科研成果被作为研究亮点进行重点评论报道。
材料科学重点实验室MOCVD课题组科研人员首次提出了氢致“自催化”方法,并生长出氮化铟的六角对称纳米花结构。此种新颖纳米结构材料以前从未被人们所知,详细结果发表在近期出版的美国《应用物理快报》杂志上(Appl. Phys. Lett. 89, 071113 (2006))。该成果一经发表,就在国际上产生了巨大影响。英国《自然(Nature)》杂志的网站在其自然纳米技术(Nature Nanotechnology)栏目将其作为2006年9月第一周的研究亮点(Research Highlights),并以“纳米结构:说它是花(Nanostructures:Say it with flowers)”为题专门撰写评论进行重点报道。同期报道的另三个亮点工作是发表在《科学(Science)》、《物理评论快报(Phys. Rev. Lett.)》和《纳米快报(Nano Lett.)》上的研究成果。该工作得到了中国科学院创新工程、科技部国家重点基础研究发展规划项目(973)和国家自然科学基金委的资助和支持。
氮化铟具有优良电子输运性能和窄的能带,是制造新型高频太勒赫兹通信光电子器件的理想材料。经过几年争论,氮化铟(InN)能带宽度应该在0.7到0.9电子伏特之间已成为目前科学界共识之后,能否制备出高质量的低维结构材料,并探索其新的独特性质和实现其光电器件应用,一直是人们普遍关心的问题。特别是高质量InN纳米结构的生长,可使其在制作基于量子效应的量子器件方面成为可能。然而,一直以来,InN纳米材料生长往往要利用铟的氧化物或氯化物,这将导致InN纳米材料中有许多杂质,进而使其光学、电学性能大大降低。
科研人员利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术,采用所提出的氢致“自催化”方法,首次在世界上生长出高质量六角对称氮化铟纳米花(nanoflowers)结构。在新方法中,氢气被有意引入反应室,以促使金属铟的形成,而金属铟将作为催化剂来催化InN纳米结构的生长。由于没有使用铟的氧化物、氯化物以及其它任何外来催化剂,从而从根本上避免了外来杂质的引入。尽管氢气的引入会阻碍InN生长,他们研究发现,精确控制其引入量仍然可以生长出InN,特别是新颖的纳米结构。该项研究成果不仅对于深入认识InN的生长机理、光学和电学物理性质有重要的科学意义,同时对于合成InN新颖的纳米器件结构具有实用价值。