《发光学报—辛晓龙》MOVPE生长GaN的表面反应机理
HVPE反应器的环形分隔进口数对生长均匀性的影响
HVPE反应器的环形分隔进口数对生长均匀性的影响赖晓慧;左然;师珺草;刘鹏;童玉珍;张国义【摘要】利用FLUENT软件对3种环形分隔进口(4环、8环、12环)的氢化物气相外延(HVPE)反应器的生长均匀性进行了二维数值模拟研究.分别考虑输运模型和输运-生长模型,模拟过程保持相同的GaCl、NH3及N2气体进口流量.结果显示:在只考虑输运的模型中,反应室流动均匀性随着进口环数的增多而改善.8环进口时,衬底上方温度分布最均匀；4环进口时,衬底上方的GaC1浓度较高,但均匀性最差,V/Ⅲ比也较低；8环及12环进口可得到均匀的GaCl浓度分布及较高的V/Ⅲ比.在包括输运和GaN生长的模型中,尽管8环进口反应器衬底上方的GaCl浓度低于12环进口反应器,却因其较薄的边界层厚度而导致较高的生长速率,并且生长均匀性较高.因此,8环进口反应室更有利于GaN的HVPE生长.%Two-dimensional numerical simulation was performed by FLUENT for the HVPE reactor with different segmented annular inlets,considering the transport model and transport-growth model,with the flow rates of GaCl,NH3 and N2 kept constant.When only considering the gas transport,the results show that the flow uniformity is improved by increasing the number of annular inlets and the 8 annular inlets reactor can give the most uniform temperature distribution on the substrate.The GaC1 concentration on the substrate of 4 annular inlets is high,but the uniformity is poor,and the V/Ⅲratio is also low.The 8 and 12 annular inlets can give uniform GaCl concentration distribution on the substrate,and high V/Ⅲ ratio.When the GaN growth rate is also considered,the results show that the growth rate for 8 inlets is higher than that of the 12 inlets because of the thinner boundary layer ofthe GaCl concentration,although the GaCl concentration for 8 annular inlets is lower than that of the 12 annular inlets on the substrate.Thus,the 8 annular inlets is more advantageous to the GaN HVPE growth.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2013(034)006【总页数】6页(P797-802)【关键词】HVPE;GaN;环形进口;反应器设计;数值模拟【作者】赖晓慧;左然;师珺草;刘鹏;童玉珍;张国义【作者单位】江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江212013;江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江212013;江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江212013;北京大学物理学院宽禁带半导体研究中心,北京100871;北京大学物理学院宽禁带半导体研究中心,北京100871;北京大学物理学院宽禁带半导体研究中心,北京100871【正文语种】中文【中图分类】O471 引言GaN作为第三代半导体材料，广泛应用于蓝光LED、半导体激光器和大功率电子器件HEMT的制备。
Si基外延GaN中位错的分布
采用1000W卤钨灯作为光源,对GaN外延膜在KOH溶液中进行化学腐蚀,以显示晶体位错.采用扫描电子显微镜、原子力显微镜观察位错密度及表面形貌 ,得到了清晰的腐蚀图形.提出了腐蚀机理,光照激发位错处产生电子-空穴对,加速位错处的腐蚀速率.GaN表面出现了大量的六角腐蚀坑(位错露头).优化 了KOH溶液的腐蚀条件.
陶瓷、晶体
冲层延伸到外延层中的位错外，还有裂纹蘼生的俺错，值错密度比其他区域高。冈而腐蚀后裂纹附 近蚀坑密度较高。
嗣５ ＣａＮ中的亚晶粒
图６裂纹附近的扫描电镜照片
从位错的分布可以推出ｃａＮ的生长过程为： 生长的初期，ｃａＮ在衬底上沉积成核，并不断吸附长大形成ＧａＮ小岛。㈥为衬底硅。ｊ ＧａＮ薄 膜的品格参数不同，岛间将存在不匹配的传移，当岛长大到相与：结合时，就会在岛间产牛位错。岛 之州也可能彼此存在相对转向，岛合并后在岛的周周形成位错网。随着该过程的继续，生长初期形 成的大量ＣａＮ逐渐合并消失。到最后阶段，分离的ＧａＮ小岛全部消失，形成一层连续的ＧａＮ薄膜。 新出现的这层连续ＧａＮ薄膜中包含许多小的形状各异的空｛ｆ司，这些夺洞会释放外延层中的应力。 薄膜外延的下一·个阶段是对空洞进行填充，生长成一个平整的表面。生长为平面后，内部应力无法 释放．不断增大以致产生裂纹。裂纹是应力集巾释放区，在其附近有许多应力诱生的位错。
３结果与讨论
衬底ｓｉ‘ｊ外延层间存在很大的失配，外延生 长过程中诱生大量的位错，密度高达１０８ｃｍ～。位 错处存在晶格畸变，化学稳定性差，原子间结合力 弱。在ＫＯＨ溶液中腐蚀，微电池在主耋些地方作用 比较强烈，优先受到腐蚀，形成对应的腐蚀坑，如 图２所示。腐蚀是具有各向异性的，蚀坑为倒置的
蓝宝石图形衬底上GaN低温缓冲层的
摘要： 低温下，在蓝宝石图形衬底上使用金属有机化学气相沉积 （ MOCVD） 生长低温 GaN （ LT-GaN） 缓冲层，并对其表面形貌进行了细致的观察，发现了不同于已报道的 GaN 选择性成 核生长现象。基于不同厚度的低温 GaN 缓冲层生长了 n 型 GaN （ n-GaN） ，发现过厚或者过薄的 缓冲层都会对 n-GaN 晶体质量产生负面影响，并结合初始成核阶段进行了原因分析。制备了基 于不同厚度的 n-GaN 的发光二极管 （ LED） 样品，分析了 GaN 晶体质量对 LED 输出功率的影 响。同时发现，晶体质量较差的时候，光提取效率可能主导着对 LED 器件性能的影响。
760 半导体技术第 36 卷第 10 期
2011 年 10 月
吴猛 等： 蓝宝石图形衬底上 GaN 低温缓冲层的研究
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶
率。图形衬底技术通过在蓝宝石衬底表面制作细微 结构的图形，然后再在这种图形化的衬底表面进行 LED 材料外延［4 － 6］。图形化的界面改变了 GaN 材 料的生长过程，抑制缺陷向外延表面的延伸，提高 了器件内量子效率； 同时，图形衬底能够使原本在 临界角范围外的光线通过图形的反射重新进入到临 界角内而出射，从而提高了光的提取效率［1，5 － 7］。
Key words： GaN； patterned sapphire substrate （ PSS） ； selective growth； LED； buffer layer EEACC： 25二极管、激 光器和探测器等光电器件并且表现出很好的发展前 景［1 － 2］。GaN 基发光二极管 （ LEDs） 是未来应用 于通用照明最有前景的固态光源，它的广泛应用将 可以节约 大 量 能 源［3］。 目 前 使 用 最 广 泛 的 是 蓝 宝
氢化物气相外延生长的GaN膜中的应力分析
基金项 目：国家重点基础研究发展规划项 目（ ２ ０ １ １ ＣＢ ３ ０ １ ９ ０ ０ ，２ ０ １ ２ Ｃ Ｂ ６ １ ９ ３ ０ ４ ） ，国家高技术研 究发展规 划项 目（ ２ ０ １ １ ＡＡ０ ３ Ａ１ ０ ３ ） ，国家 自然 科学基金项 目（ ６ ０ ９ ９ ０ ３ １ １ ，６ ０ ９ ０ ６ ０ ２ ５ ，６ １ １ ７ ６ ０ ６ ３ ， ５ １ ０ ０ ２ ０ ７ ９ ，２ １ ２ ０ ３ ０ ９ ８ ） 和江苏省 自然科学基金项 目（ Ｂ Ｋ２ ０ １ １ ０ １ ０ ） 资助
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｎ３ ０ ４
物 比较成功 的生长方法 。该方法具有设 备简单 ， 生 长成本低
引 言
Ｇａ Ｎ基 Ⅲ族氮化物是宽禁带 直接 带隙半导体材料 ，相 比
廉 ，无碳污染 ， 生长 速度 快 （ 速率 最高 可 以达到 数百 微米 每 小时 ） 等优点 ， 并且生长 的 Ｇ ａ Ｎ厚膜具 有较高 的晶体质量 和
氢化 物 气 相 外 延 生长 的 Ｇ ａ Ｎ膜 中 的应 力分 析
刘 战辉 ， 修 向前。 ， 张李骊 ， 张 荣 ， 张雅 男 ，苏 静 ， 谢 自力 ， 刘 斌 ， 单 云。
１ ．南京信 息工程 大学 物理与光电工程 学院，江苏 南京 ３ ．南京 晓庄学 院生物化工与环境工程学 院，江苏 南京 ２ １ ０ ０ ４ ４
２ ．江苏省光电信 息功 能材料 重点实验室， 南京大学 电子科学与工程学院 ， 江苏 南京
２ １ １ １ ７ １
２ １ ０ ０ ９ ３
摘
要
对在 Ｃ 面蓝宝石上用氢化物气 相外 延法（ ＨＶＰ Ｅ ） 生 长的六方 相纤锌矿结 构的 Ｇａ Ｎ膜 中的应力 进行
LPE生长GaN的不同极性面的光学性质
Abstract:The polarization effect in gallium nitride ( GaN) will reduce the efficiency of light-emitting diodes ( LEDs) , so the research on non-polar and semi-polar bulk GaN has received extensive attention. The purpose of our research is to optimize the growth of bulk GaN by exploring the luminescence characteristics between different polar directions of GaN and the fundamental mechanism of impurity doping. In this paper, the bulk GaN single crystals with different polar directions grown laterally by the Na-flux method are used as the research object. The optical properties and impurity distribution characteristics of bulk GaN with different polar directions were compared, and the origin of yellow luminescence ( YL) band of bulk GaN and its influencing factors were discussed. At the beginning, the optical properties of GaN bulk single crystals with different polar directions by liquid phase epitaxy ( LPE) were studied by cathodoluminescence ( CL) and photoluminescence ( PL) . The experimental results show that optical properties of bulk GaN with different growth polar directions are different. The CL and PL characteristics of [1122] and [1120] GaN grown in the lateral direction are similar, but the spectra of [0001] GaN is quite different. The impurity peak of the photoluminescence contains two shoulder peaks, peak 1 (2. 2 eV) and peak 2 (2. 6 eV), which accounted for different proportions in different polar directions. We speculate that they are related to the CN ON complex and the 0 / + energy of CN defect respectively. Then through time of flight secondary ion mass spectrometer ( TOF-SIMS) element analysis, the distribution of C impurity is relatively uniform. There is a big difference in the distribution of oxygen impurity. In the [1122] GaN region, the oxygen impurity content gradually increases along the growth direction. Combined
发光性分子印迹聚合物的合成及其对组胺的识别性能研究
发光性分子印迹聚合物的合成及其 对组胺的识别性能研究
董 赫，童爱军，李隆弟
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结果与讨论
&’( 的合成条件探讨 模板分子组胺的咪唑基可以与 A@.. 配位形成路易斯酸碱电荷转移配合物 ! 同时组胺还可以与 推测三者在聚合前所形成的自组装 &?? 形成氢键， 结构如图 ! 所示 % 由于 =6(( 不溶于合成 &’( 的一 些常用溶剂如氯仿、甲苯、乙腈等，故本研究选择 在 2,34 中合成 ! 尽管文献 ［ >］ 报道极性大的溶剂 对 ,-. 的合成不利，但本实验的结果表明，在一定 条件下 2,34 对自组装结构的形成影响并不大 ! 研 究中还发现，随着聚合时间的增长及温度的升高， 聚合物的硬度变大、颜色加深 （ A@.. 为深紫色） ! 为 保证所加 A@.. 能有效参与聚合，且聚合牢固，应 尽量保证充足的反应时间 （6# +） 和适宜的温度 （ B# C 左右） ! 同时还应考虑交联度太大对后面吸附实 ［1］ ，严格控制实验条件 ! 验的不利影响 $!$ 振荡法评价聚合物的吸附性能
!!" # $%& ’(； !!( # &01 ’()
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’ / ( ’ 值分别为 %21$，%23% 和 %2%1 ) 结果表明，随着 456 加入量的增加，猝灭过程所需组胺的量也应增 加 ) 即组胺浓度较大时，相应地需要较大量的 456 才能与之定量结合 ) 考虑合成聚合物的成本，本研 究选择 %/ (7 的聚合物进行吸附性能评价 ) %)8 柱吸附法评价聚合物的吸附性能 将聚合物填充在玻璃柱中，以一定浓度的组胺水溶液过柱，检测流出液中组胺浓度的变化进行吸 附性能评价，同时检测过柱后聚合物悬浊液的荧光 ) 由于组胺本身不发荧光，而其在 849: 中的紫外 吸收很弱，在水中则有较强的吸收，故柱吸附实验中选择水为溶剂 ) 图 $ 为 456 及 ;456 对组胺的吸附 百分量对比图 ) 考虑到 456 和 ;456 的溶胀性，只检测了前 $ 次流出液的组胺含量 ) 由图 $ 可见，随着 聚合物吸附次数增加，456 与 ;456 对组胺的吸附百分量差异明显， 前者显然由于印迹作用对组胺显示 更强的结合力 ) ;456 第一次流出液的检测结果表明，其对组胺也具有一定的吸附能力，原因可能是 ;456 的物理吸附和非特异性吸附作用 ) 这两种吸附同样存在于 456 中 ) 随着吸附次数增加，456 仍然 可以吸附近一半的组胺，而 ;456 的吸附百分量则迅速减小 ) 后几次 456 的吸附是在物理吸附接近饱 和时进行的，结果明显表现出特异吸附作用，即图 % 所示的自组装结构留下的空位 ) 图 & 为过柱后吸 附组胺的 456 与过柱并淋洗出组胺后的 456 悬浊液荧光的比较，可见，吸附了组胺的 456 的荧光强度 低于已洗去组胺的 456 的荧光强度 ) 再次证实所用荧光功能单体 <’66 在吸附过程中与组胺确实产生 结合 )
GaN基LED发光效率提高方法研究-中科院硕士论文
分类号密级UDC 编号中国科学院研究生院硕士学位论文论文题目： GaN基LED发光效率提高方法研究作者：张扬指导教师李晋闽研究员中国科学院半导体研究所申请学位级别工学硕士学科专业名称微电子学与固体电子学论文提交日期 2008年6月论文答辩日期 2008年6月培养单位中国科学院半导体研究所学位授予单位中国科学院研究生院答辩委员会主席蔡树军研究员中国科学院研究生院硕士学位论文论文题目：GaN基LED发光效率提高方法研究张扬作者：_________________________李晋闽研究员中科院半导体研究所指导教师：单位：论文提交日期：2008年 05月 23日培养单位：中国科学院半导体研究所学位授予单位：中国科学院研究生院答辩委员会主席：2GaN基LED发光效率提高方法研究Studies on the Luminous Efficiency Improvement of GaN-based Light Emitting Diodes研究生姓名：张扬指导教师姓名：李晋闽中国科学院研究生院北京100083，中国Master Degree Candidate： Zhang YangSupervisor： Li JinminInstitute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences Graduate School of the Chinese Academy of SciencesBeijing 100083，P.R.CHINA中国科学院半导体研究所硕士学位论文GaN基LED发光效率提高方法研究独 创 性 说 明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得中国科学研究院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
柱状与孔状图形衬底对MOVPE生长GaN体材料及LED器件的影响
柱状与孔状图形衬底对MOVPE生长GaN体材料及LED器件的影响*江洋**，罗毅，汪莱，李洪涛，席光义，赵维，韩彦军（清华大学电子工程系集成光电子学国家重点实验室, 北京100084) 在柱状图形蓝宝石衬底（PSS-p）和孔状图形蓝宝石衬底（PSS-h）上外延了GaN体材料和LED结构并进行了详细对比和分析。
X射线衍射仪（XRD）和原子力显微镜（AFM）测试结果表明，PSS-h上体材料的晶体质量和表面形貌都优于PSS-p上体材料的特性，通过断面扫面电子显微镜（SEM）照片看出PSS-h上GaN的侧向生长是导致这种差异的原因。
另外，基于PSS-p和PSS-h上外延的LED材料制作而成的器件结果表明，其20mA下光功率水平相比普通蓝宝石衬底（CSS）分别提高了46%和33%。
通过变温光荧光谱（PL）分析发现，样品的内量子效率十分接近。
因此，可以推断PSS-h上侧向外延中存留的空气隙则会影响光提取效率的提高。
关键词：蓝宝石图形衬底，氮化镓，发光二极管，侧向生长PACC：7360P，7865K，7280E1.引言利用GaN基大功率LED作为一种新型高效的固体光源，具有能耗小、高功率、寿命长、体积小、环保等显著优点，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的第三代照明工具，*基金项目：国家自然科学基金(60536020，60723002)、国家重点基础研究发展计划“973”(2006CB302801，2006CB302804，2006CB302806, 2006CB921106)、国家高技术研究发展计划“863”（2006AA03A105）、北京市科委重大计划（D0404003040321）资助项目**E-Mail: jiangyang03@被公认为21世纪最具发展前景的高技术领域之一[1,2]。
目前使用最广泛的外延GaN材料的衬底是成本较低的蓝宝石衬底[3]。
然而，蓝宝石衬底和GaN材料存在巨大的晶格失配（16%）和热膨胀系数失配（34%），所以异质外延的GaN材料内部具有很高的位错密度（109 ~1011 cm-2），这会引起载流子泄漏和非辐射复合中心增多等不良影响，降低器件的内量子效率；另一方面，由于GaN材料折射率（2.4）高于蓝宝石衬底（1.7）以及外部封装树脂（1.5），使得有源区产生的光子在GaN上下界面发生多次全反射，严重降低器件的光提取效率。
p–GaN
表面技术第52卷第6期p–GaN/ZnO纳米线/ZnO薄膜三明治异质结紫外光电探测器光电性能李刚1,2，付政伟1,3，宋艳东1,3，马宗义3，刘子童3，冯礼志3，冯思雨3（1.辽宁工程技术大学 材料科学与工程学院，辽宁 阜新 123000；2.营口理工学院 材料科学与工程学院，辽宁 营口 115000；3.中国科学院金属研究所，沈阳 110000）摘要：目的通过设计一种新型p–GaN/ZnO（薄膜+纳米线）三明治异质结结构，提高ZnO对紫外光的响应。
方法利用化学气相沉积（CVD）方法，在蓝宝石/GaN衬底上生长出纳米线+薄膜交错排列的ZnO，得到具有三明治结构的p–GaN/ZnO材料。
通过旋涂Ag纳米线（NWS）、滴银胶为电极，制备三明治结构的异质结紫外（UV）光电探测器。
利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）表征物相及形貌；利用光致发光（PL）和拉曼（Raman）光谱分析晶体结晶情况；利用半导体分析测试仪对该三明治异质结UV光电探测器进行光电性能测试，得到其光电性能变化规律。
结果该三明治结构光电探测器顶部为ZnO薄膜，中间为ZnO NWS与纳米片交错排列分布，底部为GaN。
这种二维（2D）/一维（1D）/2D结构使入射光在结构内多次反射和散射，提高了光程长度，进而提高了光吸收。
另外，由于p–GaN和n–ZnO形成PN结，在内建电场作用下，可以有效提高光生电子–空穴分离效率。
光电性能测试结果表明，在偏压2 V、光功率密度520 μW/cm2（365 nm）条件下，响应度（R）为35.8 A/W，上升时间（t r）为41.83 ms，下降时间（t d）为43.21 ms，外量子效率（E q）为122%，比探测率（D*）为1.31×1012 cm·Hz1/2·W−1。
结论通过一步CVD 法制备新型p–GaN/ZnO纳米线/ZnO薄膜三明治结构UV光电探测器，可以有效提高ZnO对紫外光的响应，为探索新式结构光电探测器提供可能。
CsPbI3ZnOGaN纳米复合结构制备及其电致发光特性
第42卷㊀第11期2021年11月发㊀光㊀学㊀报CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCEVol.42No.11Nov.,2021㊀㊀收稿日期:2021-06-29;修订日期:2021-07-12㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(62075092);山东省自然科学基金(ZR2019MA066);烟台市校地融合发展项目(2021XKZY03,2020XDRHXMP11)资助Supported by National Natural Science Foundation of China (62075092);Nature Science Foundiation of Shangdong Province (ZR2019BF020);Yantai City-University Integration Development Project(2021XKZY03,2020XDRHXMP11)文章编号:1000-7032(2021)11-1748-08CsPbI 3/ZnO /GaN 纳米复合结构制备及其电致发光特性周啸宇1,张㊀晶1,赵风周1∗,楚新波1,贺顺立1,周福旺1,严汝阳1,薛晓娥2,任志超1,郑琪颖1,张立春1∗(1.鲁东大学物理与光电工程学院,山东烟台㊀264025;2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春㊀130033)摘要:采用高压脉冲激光沉积技术和溶液旋涂法在p-GaN 衬底上先后制备了ZnO 纳米线和CsPbI 3纳米结构,通过X 射线衍射㊁扫描电子显微镜和光致发光研究了样品的结构㊁形貌和光学性能㊂利用该结构制备的发光二极管在正向电压下表现出较强的宽波段可见光发射,电致发光光谱由440nm 的蓝光㊁500~650nm 的黄绿光和705nm 的红光组成㊂实验发现,随着注入电流的增大,器件的电致发光颜色从接近白光逐渐变蓝,并且随着CsPbI 3旋涂转速的降低,器件的发光颜色也从蓝光逐渐变为黄光㊂最后,利用能带模型详细讨论了复合结构的电致发光机理,解释了器件发光光谱随注入电流和旋涂转速变化的原因㊂这种CsPbI 3/ZnO 纳米复合结构可以实现光谱色坐标从蓝光到白光的调节,为单芯片白光发射器件的制备提供了方案㊂关㊀键㊀词:ZnO 纳米线;CsPbI 3;电致发光;白光LED中图分类号:O482.31㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀DOI :10.37188/CJL.20210225Preparation and Electroluminescence Properties of CsPbI 3/ZnO /GaN Nano-composite StructureZHOU Xiao-yu 1,ZHANG Jing 1,ZHAO Feng-zhou 1∗,CHU Xin-bo 1,HE Shun-li 1,ZHOU Fu-wang 1,YAN Ru-yang 1,XUE Xiao-e 2,REN Zhi-chao 1,ZHENG Qi-ying 1,ZHANG Li-chun 1∗(1.College of Physics and Optoelectronic Engineering ,Ludong University ,Yantai 264025,China ,2.Changchun Institute of Optics ,Fine Mechanics and Physics ,Chinese Academy of Sciences ,Changchun 130033,China )∗Corresponding Authors ,E-mail :fzzhao @ ;phyzlc @Abstract :Herein,ZnO nanowires and CsPbI 3nanostructures were prepared on p-GaN substrates by high pressure pulsed laser deposition and solution spin coating,sequentially.The structure,mor-phology and optical properties were investigated by X-ray diffraction,scanning electron microscopy and photoluminescence.The light-emitting diode (LED)fabricated with the nano-composite struc-ture exhibited strong visible wide band light emission under forward bias,the electroluminescence (EL)spectrum consists of a blue peak at 440nm,the yellow-green emission band at 500-650nm and a red peak at 705nm.With the increase of the injection current,the EL color of the device changes from nearly white to blue gradually,and with the decrease of the spinning speed of CsPbI 3,the EL color of the device changes from blue light to yellow light gradually.At last,the EL mecha-nisms of heterojunction LEDs were discussed using the band diagram,and the reason why the emis-sion spectrum of the device changes with the injection current and spin coating speed was explained.㊀第11期周啸宇,等:CsPbI3/ZnO/GaN纳米复合结构制备及其电致发光特性1749㊀The CsPbI3/ZnO nano-composite can adjust the spectral color coordinates from blue to white,whichprovides a new way for single chip white LED.Key words:ZnO nanowires;CsPbI3;electroluminescence;white light-emitting diode1㊀引㊀㊀言1996年,人们利用InGaN蓝光发光二极管(LED)和黄光荧光粉制备了第一个商品化白光LED,此后基于固态半导体材料的照明工具开始逐渐走进人们的生活[1-2]㊂如今,白光LED凭借其优异的稳定性㊁卓越的能效㊁良好的色彩稳定性和环保性,成为人类照明历史上继白炽灯㊁荧光灯之后的新一代光源㊂目前,商用白光LED主要以蓝光LED激发Y3Al5O12ʒCe3+(YAGʒCe)黄光荧光粉,利用两种发光颜色互补实现白光发射[3]㊂然而,这种方案存在显色指数(CRI)较差㊁色温不足等问题,无法满足高品质显示器和室内照明的需求㊂另一种方案是将红㊁绿㊁蓝三种荧光粉与近紫外/紫外LED相结合,获得高显色指数的白光发射㊂但由于缺乏高稳定性㊁低成本的红色无机荧光粉,使得这种器件发光效率较低,严重阻碍了该方案的推广应用㊂在众多具有发光应用潜力的半导体材料中,氧化锌(ZnO)由于其光电性能优良,成为近20年来半导体发光领域的研究热点[4-5]㊂由于难以获得稳定高效的p型掺杂ZnO材料,所以构建ZnO 基异质结光电器件成为实现其应用的有效途径[6-9]㊂n-ZnO/p-GaN异质结由于ZnO与GaN材料晶格匹配好㊁稳定性高㊁掺杂工艺成熟,是实现ZnO光电器件的重要选择㊂而另一种重要的光电材料 全无机卤素钙钛矿CsPb X3(X=Cl,Br, I)由于其荧光量子效率高㊁色纯度好㊁发光波长可调等优点,近年来在发光器件领域备受关注[10-12]㊂其中,CsPbI3钙钛矿材料的带隙最窄,其发光处于红光波段[13-14],可利用ZnO/GaN器件的短波长发光激发CsPbI3的红光发射,同时与短波长光复合,实现白光发射㊂本文利用高压脉冲激光沉积技术(HP-PLD)在p-GaN衬底上制备了高质量的ZnO纳米线,然后采用溶液旋涂法在ZnO纳米线表面制备了CsPbI3层㊂该复合结构器件通过调节注入电流,实现了由蓝光向白光的可调发射㊂2㊀实㊀㊀验2.1㊀ZnO纳米线制备在纳米复合结构的制备中,使用商用p-GaN外延片作为衬底(蓝宝石基底)㊂对衬底进行清洗并用高纯N2气吹干,之后采用两步法在p-GaN表面制备ZnO纳米线㊂首先,利用PLD技术,在p-GaN表面沉积约30nm厚的ZnO种子层,然后将样品转移到管式炉中,通过高压脉冲沉积技术制备ZnO纳米线㊂管式炉的密封石英管用机械泵抽真空并充入高纯氮气,压强保持在4.0ˑ104Pa,衬底控温加热至650ħ并保持㊂实验中所用激光波长为248nm(KrF准分子激光器,COMPex Pro201),能量为300mJ/pulse,脉冲重复频率为10Hz㊂ZnO陶瓷靶纯度为99.999%(Kurt J.Lesker Company)㊂2.2㊀CsPbI3溶液合成将0.5mmol的CsI(西安宝莱特,纯度99.9%)和0.5mmol的PbI2(西安宝莱特,纯度99.9%)溶解于1mL的DMF(N,N-二甲基酰胺)中,连续搅拌30min得到淡黄色溶液㊂使用移液枪滴入66μL(57%)的氢碘酸(HI),继续搅拌2h得到黄色CsPbI3溶液㊂使用孔径为0.22μm的聚四氟乙烯滤网过滤溶液,过滤后陈化48h㊂2.3㊀LED器件制备利用旋涂技术在ZnO纳米线/p-GaN表面旋涂CsPbI3,转速分别为2000,2500,3000r/min,旋涂时间均为30s㊂旋涂完成后,将样品置于100ħ加热台上干燥10min,之后将样品放进图1㊀器件结构示意图Fig.1㊀Schematic diagram of device structure1750㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第42卷30mL 异丙醇溶剂中,在100ħ下退火4min,取出后用高纯N 2吹干,再置于100ħ加热台上退火5min㊂加热退火过程均在大气下进行㊂退火完成后,用热蒸发技术分别在p-GaN 表面和CsPbI 3/ZnO 表面沉积Ni /Au 和Au 欧姆接触电极,得到如图1所示的异质结器件㊂2.4㊀器件性能表征器件的表面形貌和晶体学结构分别用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM,SU8010)和X 射线衍射(XRD,Rigaku D /MAX2500V)仪进行表征㊂吸收光谱用紫外-可见分光光度计(UV-2550)进行测定㊂光致发光(PL,激发波长为325nm)和电致发光(EL)利用自建的发光测试系统进行测量,该系统由He-Cd 激光器(Kimmon Koha 有限公司)和光栅光谱仪(Andor SR-500i)构成,EL 测量由Keithley 2611A 源表驱动㊂3㊀结果与讨论3.1㊀ZnO 纳米线/p-GaN 的形貌结构及光学性能ZnO 纳米线的XRD 图样只有一个对应于纤锌矿结构ZnO (002)晶面的衍射峰(JCPDS 89-0511),如图2(a)所示㊂ZnO 纳米线的SEM 图像如图2(b)所示,可以看出ZnO 纳米线排列有序,尺寸均一,纳米线的长度约为2.7μm,平均直径约为80nm㊂图2㊀(a)ZnO 纳米线的XRD 图;(b)ZnO 纳米线的SEM 图像㊂Fig.2㊀(a)XRD pattern of ZnO nanowires.(b)SEM images of ZnO nanowires.图3(a)是ZnO 纳米线(石英衬底)的紫外-可见吸收光谱,可以看到ZnO 纳米线具有较强的紫外吸收能力㊂ZnO 纳米线的直接光学带隙可以用Tauc 方程(αhν)2=A (hν-E g )计算,其中A 为常数,hν为光子能量,E g 为禁带宽度,α为吸收系数㊂可得ZnO 纳米线的光学带隙为3.27eV,如图3(a)插图所示㊂图3(b)给出了p-GaN㊁ZnO 纳米线及ZnO 纳米线/p-GaN 的PL 光谱㊂p-GaN 薄膜的光致发光峰位于440nm 附近,这是由Mg 2+掺杂造成深能级缺陷引起的[15-16]㊂ZnO纳米线表现出图3㊀(a)ZnO 纳米线的紫外-可见吸收光谱;(b)p-GaN㊁ZnO 纳米线和ZnO 纳米线/p-GaN 的PL 光谱㊂Fig.3㊀(a)UV-Vis absorption spectrum of ZnO nanowires.(b)PL spectra of p-GaN,ZnO nanowires and ZnO nanowires /p-GaN.㊀第11期周啸宇,等:CsPbI3/ZnO/GaN纳米复合结构制备及其电致发光特性1751㊀较强的紫外发射(380nm),同时在500~600 nm也出现了明显的发光峰㊂一般认为380nm 的紫外发射来自于自由激子的辐射复合,而500~600nm的黄绿光发射与ZnO的本征缺陷有关[16-17]㊂3.2㊀CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN的光学性能图4(a)是石英衬底上CsPbI3的紫外-可见吸收光谱㊂如图所示,CsPbI3在可见光范围表现出较强的吸收能力,吸收边位于720nm附近,由此计算得到CsPbI3材料的光学带隙约为1.66eV㊂图4(b)是CsPbI3和CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN 的室温PL光谱㊂可以看出石英衬底上生长的CsPbI3(红色曲线)表现出位于718nm较强的红光发射[18],而CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN结构(紫色曲线)的光致发光光谱包含380nm处的紫外线发射㊁440nm处的蓝光发射以及位于718nm 附近的红光发射㊂对照图3(b)给出的实验结果,可以确定红光发射来自于CsPbI3层㊂图4㊀(a)CsPbI3的紫外-可见吸收光谱;(b)CsPbI3和CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN的PL光谱㊂Fig.4㊀(a)UV-Vis absorption spectrum of CsPbI3.(b)PL spectra of CsPbI3and CsPbI3/ZnO nanowires/p-GaN.3.3㊀ZnO/GaN和CsPbI3/ZnO/GaN异质结的电致发光我们分别制备了ZnO纳米线/p-GaN和CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN器件的电流-电压(I-V)特性曲线,可以看出,两个器件都具有明显的整流特性㊂在覆盖了CsPbI3层后,CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN异质结器件的漏电流明显减小,这是由于覆盖CsPbI3层后器件图5㊀(a)LED的I-V曲线;ZnO纳米线/p-GaN异质结LED(b)与CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN异质结LED(c)的室温电致发光(EL)光谱;(d)异质结LED对应的CIE坐标㊂Fig.5㊀(a)I-V curves of LEDs.Room-temperature EL spectra of ZnO nanowires/p-GaN heterojunction LED(b)and CsPbI3/ ZnO nanowires/p-GaN heterojunction LED(c).(d)Corresponding CIE coordinates of the heterojunction LEDs.1752㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第42卷电阻率增加所致㊂ZnO纳米线/p-GaN异质结LED在正向偏压下的电致发光光谱如图5(b)所示,其发射谱主要表现为450nm附近的蓝光发射㊂同时,在380 nm和500~650nm波段也可以观察到微弱的紫外和蓝绿色发射㊂在ZnO纳米线/p-GaN异质结LED的电致发光中,电子由ZnO纳米线一侧注入,空穴由p-GaN一侧注入㊂并且ZnO的电子迁移率(~28.8cm2/(V㊃s))显著高于p-GaN的空穴迁移率(~10cm2/(V㊃s)),且导带和价带带阶都很小(㐱E C=0.15eV,㐱E V=0.12eV),所以注入的电子更容易进入GaN一侧,而由GaN一侧注入的空穴则很少进入ZnO一侧㊂对比样品PL结果,可以确定450nm处的蓝光来自GaN的发光,而其他较弱的紫外㊁黄绿发光峰则来自于ZnO㊂更详细器件的发光机制将通过能带模型来解释㊂图5(c)是CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN异质结LED在正向偏压下的电致发光光谱㊂相对于ZnO纳米线/p-GaN异质结,该器件出现了一个位于700nm附近的红光发光峰㊂从样品的PL结果推断,这个发光峰来自于CsPbI3层㊂发生蓝移是由于CsPbI3材料在不同衬底上生长得到的结构尺寸不一致而导致的[19]㊂值得注意的是,在覆盖CsPbI3层后,来自于GaN层的蓝光发光峰明显减弱,而黄绿光相对增强㊂器件的EL光谱色度坐标可以在CIE1931色空间色度图中表示,如图5(d)所示,相应的具体色度坐标列在表1中㊂从图5(d)可以看出,ZnO纳米线/p-GaN异质结的发光颜色随注入电流的增大而逐渐向蓝色变化;器件覆盖CsPbI3层后,异质结LED的色度坐标发生了明显的变化,随着注入电流的增大,LED的发光颜色从橙色逐渐向白光过渡㊂表1㊀ZnO/GaN和CsPbI3/ZnO/GaN的CIE坐标Tab.1㊀CIE coordinates of the ZnO/GaN and CsPbI3/ ZnO/GaN电流/mA CIE x CIE y ZnO/GaN1.002.004.008.000.27510.23030.21470.21550.24050.18520.16470.1679 CsPbI3/ZnO/GaN1.002.004.008.000.46630.43210.37680.32070.44420.41340.34560.28433.4㊀CsPbI3层的厚度变化对CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN异质结电致发光的影响CsPbI3层的厚度不同,对异质结器件的发光性能会产生不同的影响,而CsPbI3层的厚度可以通过改变旋涂仪的转速来改变㊂图6是不同转速下CsPbI3的表面形貌㊂可以发现,当转速为3000 r/min时,只有少量的CsPbI3附着在ZnO纳米线图6㊀不同转速下在ZnO纳米线上生长的CsPbI3的SEM图像㊂(a)无CsPbI3;(b)3000r/min;(c)2500r/min;(d) 2000r/min㊂Fig.6㊀SEM image of CsPbI3growing on ZnO nanowires at different rotating speeds.(a)No CsPbI3.(b)3000r/min.(c) 2500r/min.(d)2000r/min.㊀第11期周啸宇,等:CsPbI 3/ZnO /GaN 纳米复合结构制备及其电致发光特性1753㊀顶部(图6(b))㊂当转速降为2500r /min 时,CsPbI 3明显增厚,呈片状结构镶嵌在ZnO 纳米线之间(图6(c ))㊂当转速降至2000r /min 时,CsPbI 3长成更大的三维晶粒,堆积在纳米线表面(图6(d))㊂随着旋涂转速的降低,CsPbI 3层的厚度和晶粒大小都明显增加㊂随着转速降低,CsPbI 3层的厚度和晶粒大小增大,异质结器件的蓝光发射逐渐减弱,而黄绿光波段及红光波段的发光明显增强㊂并且随着CsPbI 3层结晶质量的改善,来自CsPbI 3的发光逐渐蓝移,如图7(a)㊁(c)㊁(d)所示㊂图7(b)为不同旋涂转速下CsPbI 3/ZnO 纳米线/p-GaN 异质结LED 的CIE 1931色空间色度图,具体的色度坐标值列在表2中㊂可以发现,器件发光光谱的色度坐标随着旋涂转速降低从蓝光区域逐渐变到黄光区域,这与图7(a)的发光结果一致㊂表2㊀不同转速生长CsPbI 3后LED 的EL 色度坐标Tab.2㊀Corresponding CIE coordinates of LED grown withCsPbI 3at different rotational speeds转速ELCIE xCIE y无CsPbI 30.21550.16793000r /min 0.28380.24812500r /min 0.32070.28432000r /min0.48310.4553图7㊀不同转速下生长CsPbI 3后,CsPbI 3/ZnO 纳米线/p-GaN 异质结LED 的电致发光(EL)光谱(I ʈ8mA)(a)与CIE 坐标(b);(c)2500r /min 转速旋涂的CsPbI 3/ZnO 纳米线/p-GaN 异质结LED 的EL 光谱高斯拟合;(d)2000r /min转速旋涂的CsPbI 3/ZnO 纳米线/p-GaN 异质结LED 的EL 光谱高斯拟合㊂Fig.7㊀EL spectra(I ʈ8mA)(a)and color coordinates(b)of CsPbI 3/ZnO nanowires /p-GaN heterojunction LEDs with CsPbI 3growing at different rotating speeds.(c)Gaussian fitting of EL spectra of CsPbI 3/ZnO nanowires /p-GaN heterojunction LED spin-coated at 2500r /min.(d)Gaussian fitting of EL spectra of CsPbI 3/ZnO nanowires /p-GaN heterojunction LED spin-coated at 2000r /min.3.5㊀器件电致发光机理器件的电致发光机理可以利用能带理论进行解释㊂如图8(a)所示,对于p-GaN 和ZnO 纳米线形成的pn 结,材料界面处形成的导带带阶和价带带阶分别为0.15eV 和0.12eV [15],因此该界面对电子和空穴的势垒大小基本相同㊂当施加正向电压时,电子从ZnO 一侧向p-GaN 注入,并在GaN 一侧复合产生蓝光发射㊂同时,来自于p-GaN 一侧的空穴在电场作用下注入到ZnO 一侧,并与ZnO 侧的电子复合并产生光发射(紫外㊁黄光发射)㊂然而,由于GaN 的1754㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第42卷空穴迁移率远低于ZnO的电子迁移率[20],导致ZnO 向p-GaN一侧的电子注入占主导地位,使得n-ZnO/ p-GaN异质结LED以GaN蓝光发射为主㊂在ZnO 表面覆盖CsPbI3层后,CsPbI3/ZnO纳米线异质结的能带图如图8(b)所示,CsPbI3吸收了n-ZnO/p-GaN 异质结发射的蓝光,其价带电子被激发到导带上,在价带留下光生空穴㊂由于ZnO纳米线是采用真空沉积技术制备,在缺氧环境下ZnO纳米线中会出现V O㊁O i等缺陷,从而形成相应的杂质能级[21]㊂由于CsPbI3与ZnO紧密结合,而ZnO的导电性能远优于CsPbI3,并且CsPbI3的价带位置和ZnO的缺陷能级比较接近,因而CsPbI3中的光生空穴比较容易转移到ZnO的缺陷能级上㊂当CsPbI3导带上的电子向下跃迁就会与CsPbI3的价带和ZnO的缺陷能级上的空穴复合,从而在CsPbI3和ZnO中产生红光和黄绿光发射[12,22]㊂随着CsPbI3层厚度的增大,对n-ZnO/p-GaN异质结的蓝光发射的吸收越来越强,覆盖了CsPbI3层的异质结器件的黄绿光与红光发射也越来越强,最后只有黄绿光和红光出射,而蓝光则被完全吸收,产生如图7所示的发光变化规律㊂图8㊀(a)ZnO纳米线/p-GaN异质结的能带结构;(b)CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN异质结的能带结构㊂Fig.8㊀(a)Energy band structure of the ZnO nanowires/p-GaN heterojunction.(b)Energy band structure of the CsPbI3/ZnO nanowires/p-GaN heterojunction.4㊀结㊀㊀论本文利用高压脉冲激光沉积技术在p-GaN衬底上制备了高质量的ZnO纳米线,并在其表面生长了CsPbI3纳米结构㊂相对于ZnO纳米线/p-GaN异质结LED,CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN异质结LED在正向偏压下的电致发光光谱表现出宽带的可见光发射㊂通过调节注入电流和CsPbI3的旋涂转速,可以实现CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN异质结LED发光颜色的调控㊂随着注入电流增大,发光颜色从橙色区逐渐过渡到白光区;而随着旋涂转速的降低,发光则从白光区域逐渐变到橙黄色区㊂本工作利用ZnO纳米线/p-GaN异质结并复合CsPbI3钙钛矿材料,可实现器件的白光发射,为单芯片白光LED的发展提供了新思路㊂本文专家审稿意见及作者回复内容的下载地址:/thesisDetails#10.37188/CJL.20210225.参㊀考㊀文㊀献:[1]NAKAMURAS,FASOL G.The Blue Laser Diode:GaN Based Light Emitters and Lasers[M].Berlin:Springer Press,1996:1-5.[2]LIU T,LI D,HU H,et al.Piezo-phototronic effect in InGaN/GaN semi-floating micro-disk LED arrays[J].Nano Energy,2020,67:104218.[3]ZHANG R,WANG B Y,ZHOU P,et al.A novel Ce3+ʒY3Al5O12and Eu2+ʒSr2Si5N8dual phosphors-in-glass thick film forwarm white LED[J].Mater.Lett.,2018,221:31-34.[4]BAEK S D,PORTE Y,KIM Y C,et al.Fabrication of ZnO homojunction-based color-switchable bidirectional LEDs byusing a hydrothermal growth method[J].J.Mater.Chem.C,2017,5(36):9479-9487.[5]HUANG Y,ZHOU X Y,ZHANG L 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GaN
氮化镓(GaN)是宽禁带直接带隙半导体材料,具有优良的光学和电学性质,在蓝绿到紫外波段的光电子器件和高功率微波器件等领域有着广泛的应用前景。在GaN基光电子器件中,材料中的缺陷和杂质所产生的深能级发光会降低带间辐射复合跃迁的发光效率。在众多有关GaN薄膜光致发光(PL)特性研究的报道中,不同的样品所测的光致发光谱不尽相同,特别是对GaN半导体材料深能级发光的起源,不同文献的解释存在争议。因此,进一步研究GaN的光致发光谱是必要的。本文采用四种不同光源作为激发光源,实验研究了金属有机物汽相外延方法(MOVPE)在蓝宝石衬底上生长的GaN的光致发光光谱特性。结果发现采用氙灯光源和He-Cd激光器两种连续光作为激发光源时,PL谱中均出现较宽的黄带发光,其中心波长位于550nm附近。而采用YAG激光器和He-Cd激光器两种脉冲光作激发光源时,PL谱中主要出现中心波长位于约365nm的带边发光峰,而未出现黄带发光。结果表明蓝宝石衬底上MOVPE生长GaN薄膜的PL谱中黄带发光特性与激发光源性质有关。这对于进一步研究深能级的起源有一定的参考价值。GaN的深能级发光特别是黄带发光与材料的本生位错缺陷直接相关。GaN通常在蓝宝石衬底上异质外延生长,然而蓝宝石异质外延衬底与GaN之间存在较大的晶格失配,导致GaN外延层中的位错缺陷密度高达108-1010cm-2。延伸到GaN表面的穿透位错(TDs)会形成非辐射复合中心和光散射中心,降低光电子器件发光效率。有文献报道只有纯螺型TDs和混合型TDs才是非辐射复合中心,也有报道部分纯刃型TDs对非平衡少数载流子有一定的非辐射复合作用。总之,人们对穿透位错类型与非辐射复合中心的对应关系尚无统一的认识。因此,研究GaN的穿透位错特性将有助于揭示其深能级发光机理。本论文采用原子力显微镜(AFM)同位观测方法,对MOCVD生长GaN样品标记区域进行表面形貌测试,统计得到每个位错坑的半径和深度在腐蚀前和2次腐蚀后的变化,并根据位错坑的初始位置,结构和腐蚀速率判定各位错对应的类型。结果发现,热磷酸腐蚀后位错坑的半径和深度存在一定对应关系,其中半径大的腐蚀坑的深度也较大,而半径小的腐蚀坑的深度也较小。按半径和深度大小可分为大坑和小坑两类,这两类所占的百分比分别为52.7%和47.3%。小坑在腐蚀前位于GaN自然生长面的台阶面上,为刃位错,而大坑在腐蚀前位于台阶终结处,为混合位错或螺位错。位错坑结构腐蚀前后同位跟踪分析还发现,位错坑的结构随着腐蚀时间而变化,这意味着位错坑结构与位错类型不存在一一对应关系。另外,实验数据显示两种位错坑半径的腐蚀速率几乎都是其深度腐蚀速率的10倍左右,说明GaN在热磷酸腐蚀时的横向腐蚀速率大于其纵向腐蚀速率,这解释了实验观察到的刃位错形成的小腐蚀坑在长时间腐蚀后,因超出AFM所能分辨的范围而“消失”的现象。把80分钟腐蚀后GaN样品的阴极荧光(CL)全色显微图像与扫描电镜(SEM)在同一微区获得的显微图像进行对比分析,分析发现SEM得到的80分钟腐蚀样品的腐蚀坑密度与AFM结果一致,然而CL显微图像中非辐射复合中心密度是这一腐蚀坑密度的2倍。这说明经过80分钟腐蚀后,占样品总位错密度一半的刃位错在AFM和SEM下几乎全部“消失”,但作为穿透位错,刃位错实际仍然存在于样品中,因此在CL显微图像中仍然能观测到这部分刃位错,也说明刃位错和带有螺分量的位错均是非辐射复合中心。这为进一步深入研究单个不同类型位错区域的发光特性奠定了基础。
蓝宝石衬底上HVPE_GaN厚膜生长
0. 5
1. 0
903
生长时间/ mi n 10 60 60 60
HCl (g)
+
Ga (s)
=
Ga Cl (g)
+
1 2
H2 ( g)
Ga Cl (g) + N H3 (g) = GaN (s) + HCl (g) + H2 (g) 衬底生长前依次经过三氯乙烯 、丙酮 、酒精去除
油脂 ,再于 H2 SO4 : H3 PO4 = 3 :1 的混合液中加热腐 蚀 ,然后用去离子水反复冲洗 、甩干 , 装于反应室中 等待生长. 生长实验共分以下 4 部分进行 ,其各自的 生长条件列于表 1.
图 1 竖直式 HV PE 反应系统图 Fig. 1 Vertical HV PE reaction system
3 国家自然科学基金资助项目 (批准号 :2004AA311040) 通信作者. Email : mapi ng @se mi . ac . c n
2006211227 收到 , 2006212211 定稿
图 3 外延层厚度分布 b:实验 2 样品 ; c :实验 3 样品 Fig. 3 Thickness dist ributio n of t he epilayer b: Scheme two ; c : Scheme t hree
904
半 导 体 学 报
第 28 卷
图 5 方案 3 样品形貌 (a) 开裂及外来颗粒 ; (b) 表面外来颗 粒增加 Fig. 5 Morp hology of scheme t hree (a) Crack and fo reign grains ; (b) Added fo reign grains on epilayer
GaN同质衬底制备及MOCVD外延生长的开题报告
GaN同质衬底制备及MOCVD外延生长的开题报告1. 研究背景和意义GaN（氮化镓）研究是当前化学材料研究领域的热点之一。
GaN材料具有宽带隙、高电子迁移率、优良的热导率等优良性能，因此在LED、激光器、功率器件等领域有着广泛的应用。
其中，GaN同质衬底是制备GaN外延薄膜最重要的基底材料之一。
目前，GaN同质衬底制备及外延生长技术已经比较成熟，但是仍然存在一些问题，例如低位错密度、均匀性等方面需要进一步提高。
2. 研究内容和方法本研究将主要围绕GaN同质衬底制备及MOCVD外延生长展开。
具体包括以下内容：（1）GaN同质衬底制备方法的研究：借鉴已有的研究成果，采用低压化学气相沉积方法制备GaN同质衬底，并优化制备参数以提高材料质量。
（2）GaN同质衬底的表征：采用X射线衍射、扫描电镜等表征手段对制备的GaN同质衬底进行结构、形貌等方面的表征。
（3）MOCVD外延生长方法的研究：通过改变不同的生长条件，如温度、压力、流量等，来优化GaN外延生长过程中的生长质量和均匀性。
（4）外延薄膜的表征：采用X射线衍射、扫描电镜等表征手段对GaN外延薄膜进行材料结构、形貌等方面的表征。
3. 预期结果本研究预期能够成功制备出低位错密度、高质量的GaN同质衬底，并且通过优化生长条件，得到具备良好性能的GaN外延薄膜。
同时，通过对制备和生长过程的深入研究，将会揭示其内在机理和生长方式，为今后的GaN材料研究提供有益的参考。
4. 研究意义本研究对于促进GaN材料的研究和应用具有重要的意义。
一方面，优化制备和生长过程可以提高GaN材料的质量，从而更好地满足其在LED等领域的应用需求；另一方面，对GaN同质衬底制备和生长过程的深入探索，将有助于我们更深入地理解GaN材料的性质和机理，推动相关研究的进一步发展。
Si衬底上外延生长GaN基射频电子材料的研究进展
冲层 [2-4] 、Al 组分梯度渐变 AlGaN 缓冲层 [5-6] 等方法,已能初步满足低阻 Si 衬底上 GaN 基功率电子器件对材
料的要求;然而目前高阻 Si 衬底上 GaN 及其异质结构材料仍然存在很高的位错密度,其应力 / 翘曲控制仍然
困难,严重影响器件的性能及可靠性。
此外,尽管采用高阻 Si 衬底,射频损耗仍然是阻碍 Si 衬底上 GaN 基射频电子材料和器件发展的关键瓶
颈。 其内涵是 Si 衬底上 GaN 基射频器件在信号传输时存在传输的损耗,这会造成信号精准性和器件工作效
率的下降。 Si 衬底上 GaN 基射频器件的射频损耗主要包括 4 个部分 [7] :1) 导体损耗,也可称为传输线损耗。
YANG Xuelin1,2,3 , SHEN Bo1,2,3,4
(1. Research Center for Wide Gap Semiconductors, Peking University, Beijing 100871, China;
2. State Key Laboratory of Artificial Microstructure and Microscopic Physics, Peking University, Beijing 100871, China;
这部分损耗主要与选择的传输线结构、几何尺寸、金属材料及工艺等因素相关,可以通过相对应的工艺优化
进行解决。 2) 衬底损耗。 这部分损耗可以通过使用高阻的 Si 衬底进行解决。 3) 由于 Si 衬底和半导体界面
的导电层带来的界面损耗。 4) 无法避免的辐射损耗,这部分损耗通常可以忽略不计,只在严重失配或者特
中国物理学会发光分会第十五届会员代表大会会议纪要
1882发光学报第 44 卷中国物理学会发光分会第十五届会员代表大会会议纪要中国物理学会发光分会第十五届会员代表大会于2023年9月23日在河北省唐山市召开。
发光分会上届主任申德振代表第十四届委员会（2019—2023年）做了工作报告。
秘书长刘可为就发光分会第十五届委员会30名委员候选人的酝酿、产生和确定过程做了详细介绍。
参加第十五届发光分会会员代表大会的代表以无记名投票方式选举产生了第十五届委员会委员，共30人（名单附后）。
与会代表们对成功承办第十六届全国发光学学术会议的北京交通大学物理科学与工程学院、发光与光信息技术教育部重点实验室和北京交通大学唐山研究院表示了衷心的感谢。
在过去的四年里，中国物理学会发光分会坚持跟踪发光学学术前沿及发光学应用的产业化进程，促进了我国发光学基础研究的发展和技术创新的进步，积极开展了广泛的学术和技术交流活动。
克服新冠疫情干扰，发光分会先后成功主办了“第十九届国际发光会议”“第十九届Ⅱ⁃Ⅵ族化合物及相关材料国际学术会议”两次国际学术会议，以及“第十六届全国发光学学术会议”“第八届和第九届全国掺杂纳米材料发光性质学术会议”“第十一届全国有机发光和光电性质学术会议”“第十届和第十一届全国稀土发光材料学术研讨会”6次系列全国学术会议。
这些会议都体现了如下的特点：1. 参会人员众多，且从事相关研究的科研工作者广泛分布于全国的各大高校、科研院所以及企业等单位，已成为我国发光学未来发展的新起点和风向标；2. 来自中国澳门、中国台湾以及世界各地的代表积极参加发光分会主办的系列学术会议，已成为国际学术同行交流的平台。
发光分会的另一项重要工作是指导办好发光分会的学术会刊《发光学报》。
在第十四届委员会工作的4年中，在依托单位中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的大力支持下，《发光学报》加强了宣传和管理，积极扩大稿源，学术水平和影响力不断提高，已经成为深受我国发光学领域研究人员喜爱和重视的学术期刊，最新核心版影响因子为1.081，近十年来首次突破1.0，在国内41种中英文物理学类期刊中排名第8位，在中文期刊中排名第3位。
蓝宝石衬底上GaN厚膜的应力研究
蓝宝石衬底上GaN厚膜的应力研究
蓝宝石衬底上GaN厚膜的应力研究
李响
【摘要】采用有限元计算软件并结合多层膜理论，对蓝宝石衬底上氢化物气相外延（HVPE）生长氮化镓（GaN）厚膜的应力情况进行研究。
由于衬底和厚膜不同位置在高温生长后的降温过程中温度变化不同进而产生不同的热失配应变，将引起产生初始裂纹以及裂纹扩展现象。
针对上述过程，可以针对给定条件的生长体系，定性分析出GaN厚膜从裂纹产生到之后裂纹扩展的位置及方向。
得到的分析结果既能够很好的解释实验中遇到的现象，也能够对通过调节应力提高GaN厚膜生长质量提供理论指导。
【期刊名称】微处理机
【年(卷),期】2015(000)004
【总页数】4
【关键词】氮化镓（GaN）；应力；仿真；蓝宝石；薄膜；氢化物气相外延（HVPE）
1 引言
近年来，GaN材料由于应用广泛受到了越来越多的关注［1－2］。
首先GaN 基LED作为高效节能和绿色环保光源正在逐步取代荧光灯白炽灯等传统光源。
而且GaN材料具有较高的工作温度、高饱和电子漂移速率和高击穿场强等优越性能，使其成为发展高频、高功率和高温电子器件的优选材料体系。
然而由于自然界并不存在天然的GaN单晶，人工生长GaN体单晶又较困难成本也较高，现在绝大多数的GaN材料都是通过异质外延获得的。
蓝宝石是制备GaN 材料最早使用的衬底之一，也是目前生长GaN材料的主要衬底材料。
其优点。
GaN单晶的HVPE生长及其应力和晶体取向研究的开题报告
GaN单晶的HVPE生长及其应力和晶体取向研究的开题报告摘要：本文研究了GaN单晶的HVPE生长及其应力和晶体取向。
首先介绍了GaN单晶的应用领域和制备技术，包括MOCVD、HVPE等方法。
然后详细介绍了HVPE生长技术以及过程中产生的应力问题。
最后，利用X射线衍射和拉曼光谱等分析方法，研究了GaN单晶的晶体取向，包括其取向分布和序列性。
研究结果表明，HVPE生长的GaN单晶晶体质量较高，但晶体取向有序性较差，需要进一步提高生长工艺。
关键词：GaN单晶；HVPE生长；应力；晶体取向；X射线衍射；拉曼光谱。
一、研究背景和意义GaN是广泛应用于固体照明、激光器、高功率和高电子迁移率晶体管等领域的重要半导体材料。
与其他半导体材料相比，GaN的电子迁移率高、耐高温性能好、耐辐射性能强等优点，使其成为一种极具潜力的材料。
随着GaN应用领域的不断扩大，对其质量要求也越来越高，尤其是对于应力和晶体取向等方面的控制需求更为迫切。
因此，研究GaN单晶的HVPE生长及其应力和晶体取向问题，对于提高GaN材料的质量和性能具有重要意义。
二、研究内容和方法本文主要研究了GaN单晶的HVPE生长及其应力和晶体取向问题。
具体研究内容如下：（1）介绍了GaN单晶的应用领域和制备技术，包括MOCVD、HVPE等方法。
（2）详细介绍了HVPE生长技术，并探讨了其过程中产生的应力问题。
通过研究不同生长条件下GaN单晶的应力变化规律，分析了应力对GaN单晶的影响。
（3）利用X射线衍射和拉曼光谱等分析方法，研究了GaN单晶的晶体取向，包括其取向分布和序列性。
分析了不同生长条件下晶体取向的变化规律。
三、预期结果和意义通过本研究，预计能够得到以下结果：（1）深入研究了GaN单晶的HVPE生长技术及其应力问题，揭示了应力对GaN单晶生长的影响，为进一步提高GaN材料质量奠定基础。
（2）通过分析GaN单晶的晶体取向，探讨了其取向分布和序列性，并分析了生长条件对晶体取向的影响，为进一步提高GaN单晶生长质量提供参考。
MOVPE生长GaN的表面反应机理
Abstract: Surface initial growth process of GaN film in MOVPE is studied by DFT theory of quantum chemistry. By calculating the adsorption energies of GaCH3 and NH3 at main adsorption sites of GaN (0001) -Ga surface, it is found that energies of GaCH3 at four adsorption sites are similar, thus GaCH3 is easy to diffuse on the surface. The energies of NH3 at four adsorption sites are much different. The most stable adsorption site for NH3 is Top, and the large energy barrier exist for NH3 migrating from Top to other sites. Based on the energy analysis, the initial GaN surface growth mechanism is proposed for GaN (0001) -Ga surface, with NH3 and GaCH3 as growth precursor and ring structured core as final form. In the process of the ring structured core growth, the first GaN core growth need three NH3 and one GaCH3 , which can be expressed as Ga ( NH2 )3 . The second GaN core growth can use one existing N as coordination atom, so only two NH3 and one GaCH3 are needed. The two GaN core can be expressed as ( NH2 )2 Ga-NH-Ga ( NH2 )2 . The third GaN core growth can use two existing N as coordination atoms, so only one NH3 and one GaCH3 are needed. The third
GaAs(111)衬底上生长的GaN的极性与生长方法和生长条件的关系
GaAs(111)衬底上生长的GaN的极性与生长方法和生长条件的关系Hasegawa;F;Soude;R【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2001(022)004【摘要】研究了在GaAs(111)衬底上生长的六角相GaN的极性的相关关系.在高V/Ⅲ比的条件下用MOVPE和MOMBE方法生长的GaN的极性和GaAs衬底的极性一致;在(111)A-Ga表面上的生长层呈现Ga的极性,而在(n1)B-As表面上的生长层呈现N的极性.然而,在低的V/Ⅲ比,或采用一个～N中间层的条件下,用HVPE 和MOMBE方法在GaAs(111)B表面上生长的GaN呈现出Ga的极性.目前,其原因尚不清楚,但是这些结果表明采用HVPE生长方法或用一高温AlN阻挡层可以得到高质量的GaN.【总页数】4页(P315-318)【作者】Hasegawa;F;Soude;R【作者单位】University of Tsukuba, Institute of Applied Physics,;National Institute for Research in Inorganic Materials,【正文语种】中文【中图分类】TN312.8【相关文献】1.Si(111)衬底上HVPE GaN厚膜生长 [J], 颜怀跃;郑有炓;修向前;华雪梅;刘战辉;周安;张荣;谢自力;韩平;施毅2.界面生长中断对GaAs (111)衬底上AlGaAs/GaAs量子阱电子自旋寿命的影响[J], 杨成良;叶慧琪;王文新;高汉超;胡长城;刘宝利;陈弘3.Si(111)衬底上GaN的MOCVD生长 [J], 胡加辉;朱军山;冯玉春;张建宝;李忠辉;郭宝平;徐岳生4.GaAs(001)衬底上MOCVD生长的立方相GaN外延薄膜的光学性质研究 [J], 孙小玲;杨辉;李国华;郑联喜;李建斌;王玉田;王占国5.Si(111)衬底上生长的GaN的形貌与AlN缓冲层生长温度的关系 [J], 朱军山;徐岳生;郭宝平;刘彩池;冯玉春;胡加辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
什么是表面增强Phy
什么是表面增强——SERS物理增强机制研究骆智训（北京市纳米光电子学重点实验室首都师范大学）摘要：围绕什么是表面增强及其机理，本文着重介绍了表面增强拉曼散射的物理和化学两方面的增强机制,包括曾用来解释SERS的大多数模型。
关键词：表面增强电磁模型电荷转移[Abstract]Surrounding what is SERS and its mechanism, it mainly discussed the factors of Surface-enhanced Raman Scattering from physical and chemical aspect, including most of the models that ever explained SERS.[Key Words]SERS；Electromagnetic Model；charge-transfer引言一般分子的拉曼散射的截面都很小，因此很难用常规的实验方法检测到拉曼信号[1]。
为了增大物质的拉曼散射截面，有两种途径可以选择:一是用共振拉曼散射（Resonace Raman Scattering,RRS）[2],一是通过表面增强拉曼散射（Surface-enhanced Raman Scattering,SERS）。
表面增强拉曼散射（Surface Enhanced Raman Scattering，简称SERS）,是指当某些分子吸附在具有一定粗糙度的金属表面上时，吸附分子的拉曼信号大大增强（甚至增强105-106倍）的现象。
1974年Fleischmann等第一次在吡啶吸附在粗糙化的银电极上观察到分子的拉曼信号增强的这种现象[1]。
当时他们认为这是由于粗糙化电极使表面积的增大的缘故。
然而1977年，Van Duyne[2]和Creighton[3]各自独立地认识到强度上的巨大增强并不能解释为仅仅是由于表面积的增大，因为，光滑的电极表面引起的信号增强要小很多；他们还发现由于在粗糙化电极表面的吸附，分子的拉曼散射截面增强了一百万倍（106）的结果。