近日，中國科學院半導體研究所半導體超晶格國家重點實驗室研究員趙建華團隊及合作者在《納米快報》(Nano Letters)上發表了制備出近全組分可調的高質量GaAs1-xSbx納米線的成果。
作為重要的三元合金半導體，GaAs1-xSbx具有禁帶寬度從1.42 eV (GaAs)到0.72 eV (GaSb)大范圍調諧的特點，對應波長調諧范圍為870~1720 nm，是一種極具潛力的能帶工程材料，在光纖通信系統、紅外發光二極管、光探測器、激光器及異質結雙極晶體管等方面具有重要的應用前景。然而，由于高Sb組分的GaAs1-xSbx與III-V族半導體襯底之間存在較大的晶格失配，制備高質量的高Sb組分GaAs1-xSbx薄膜仍存在很大的挑戰。但是將GaAs1-xSbx制備成納米線有望提高GaAs1-xSbx材料的質量，目前，人們已經利用金屬有機氣相沉積及分子束外延等技術在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。大組分可調諧的高質量GaAs1-xSbx納米線的可控制備是困擾人們的難題。
趙建華團隊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通過調控Sb、As源爐束流以及生長室As蒸汽壓的大小，在國際上率先在Si襯底及GaAs納米線上制備出了近全組分可調的GaAs1-xSbx納米線。透射電鏡結果表明GaAs1-xSbx納米線具有純閃鋅礦單晶結構。他們與半導體所研究員孫寶權、譚平恒、湖南大學教授潘安練的課題組合作，研究了GaAs1-xSbx納米線的光學性質，證實了其光致發光波長在77 K時可從844 nm (GaAs)調控到1760 nm (GaAs0.07Sb0.93)，禁帶寬度調諧范圍達到0.76 eV，并觀察到室溫拉曼光譜中光學聲子隨Sb組分增加出現的紅移現象。利用GaAs1-xSbx納米線制作的場效應器件在低Sb組分時具有明顯的整流效應，隨著Sb組分的升高，整流效應消失。近全組分可調高質量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光二極管、激光器及光纖通訊等方面的應用。
該項工作得到了科技部、國家自然科學基金委及中科院的經費支持。