● 摘要
本论文以金属镓和单质锗片为原料，分别在镓颗粒和单质锗片上原位大面积生长出了GaN纳米带、Z字结构纳米线和GeO2纳米线以及图案化GeO2微米线。研究了它们的形貌、晶体结构和发光特性，提出了不同形貌GaN纳米结构和GeO2纳米线的生长机理。为不同形貌GaN、GeO2一维纳米结构的光电性能和应用研究奠定了一定的基础。
(1) 在氢气气氛中加热金属镓到1050 ℃(通入氢气前没有抽真空除空气)，与氨气反应30 min，在镓颗粒表面原位生长出了GaN纳米带、纳米环和Z字结构纳米线。所得的不同形貌GaN纳米结构均为单晶六方纤锌矿结构，纳米带宽度在20～300 nm，长达30 μm；纳米环直径在5～8 μm范围；Z字结构纳米线的直径约为160 nm。研究了反应温度和时间对产物形貌和结构的影响，提出了不同形貌GaN纳米结构的可能形成机理。从GaN纳米结构中观察到了发光峰位于361 nm强的紫外光发光和456 nm弱的蓝光发光，这两种发光分别起源于GaN宽带隙带边的激子发射和浅的给体向深的局域受体的跃迁。
(2) 加热前抽真空，以除去管式炉内的残余空气，然后在氢气中加热到900～1050 ℃，通过金属镓与氨气直接反应，在镓颗粒和氧化铝衬底上原位生长出了GaN纳米线、Z字结构纳米线和纳米锯。所得不同形貌GaN均为单晶六方相结构，纳米线直径在90～650 nm，长度达30 μm；Z字结构纳米线的直径为300 nm，长达150 μm；纳米线的生长遵循气-固生长机理，解释了不同形貌GaN纳米结构的形成原因。发现了发光峰位于362 nm强的紫外光发光和460 nm弱的蓝光发光，这两种发光分别起源于GaN宽带隙带边的激子发射和浅的给体向深的局域受体的跃迁。
(3) 以Au作催化剂通过金属锗与水蒸气在450～700 ℃的氧化反应，在单质锗表面原位大面积生长出了GeO2纳米线。在450～500 ℃和600～700 ℃分别得到立方相和六方相单晶结构的GeO2纳米线。通过改变反应温度和时间，纳米线的直径可在20～150 nm、长度可在500 nm～200 μm范围内调节。纳米线的生长遵循气-液-固生长机理。发现发光峰位于352、397和480 nm强的紫外光和蓝光发光，这两种发光可能分别起源于GeO2纳米线中氧空位与间隙氧之间的跃迁和氧空位中的电子与锗-氧空穴中心的空穴复合。
(4) 采用光刻技术在单质锗片上制备出图案分布的Au催化剂，将覆盖有Au图案的锗片在空气中加热到600 ℃，在单质锗表面原位生长出了图案化的GeO2微米线。所得GeO2微米线为单晶六方相结构，直径约1 μm，长达 10 μm。研究了GeO2的形成过程，提出了锗的固-液-固和氧的气-液-固协同作用形成GeO2微米线的生长机理。