GaN光致发光谱与穿透位错特性解析
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[7].秦志新,陈志忠,周建辉,张国义.采用N_2-RF等离子体氮化GaAs(001)(英文)[J].发光学报, 2002,(02)
[8].万凌云,莫春兰,彭学新,熊传兵.MOCVD生长的GaN单晶膜透射光谱研究[J].发光学报, 2002,(04)
[9].赵丽伟,刘彩池,滕晓云,朱军山.S i基外延G aN中缺陷的腐蚀研究[J].人工晶体学报, 2005,(06)
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。
【相似文献】
[1].陆敏,方慧智,陆曙,黎子兰.腐蚀坑处氮化镓二次MOCVD外延生长的特性[J].半导体学报, 2004,(04)
[2].李伟,赵智彪,郑燕兰,李存才.RF Plasma MBE生长GaN材料及特性研究[J].功能材料与器件学报, 1999,(03)
[3].王三胜,顾彪,徐茵,徐久军.ECR-PEMOCVD法在GaAs(001)衬底上制备GaN量子点[J].半导体光电, 2002wenku.baidu.com(02)
[4].蒋建国.电子显微技术的现状与发展[J].扬州教育学院学报, 2003,(03)
[5].袁小武,肖定全,朱基亮,方瑜.Sol-gel制备PLCT薄膜的结晶特性与电畴结构研究[J].功能材料, 2005,(07)
[6].宋登元,王秀山.GaN材料系列的研究进展[J].微电子学, 1998,(02)
[10].谢崇木.短波长半导体激光器开发动向[J].半导体情报, 1998,(04)
【关键词相关文档搜索】：光学工程;GaN;PL谱;穿透位错;AFM;SEM;CL
【作者相关信息搜索】：重庆师范大学;光学工程;苑进社;王明月;
[8].万凌云,莫春兰,彭学新,熊传兵.MOCVD生长的GaN单晶膜透射光谱研究[J].发光学报, 2002,(04)
[9].赵丽伟,刘彩池,滕晓云,朱军山.S i基外延G aN中缺陷的腐蚀研究[J].人工晶体学报, 2005,(06)
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。
【相似文献】
[1].陆敏,方慧智,陆曙,黎子兰.腐蚀坑处氮化镓二次MOCVD外延生长的特性[J].半导体学报, 2004,(04)
[2].李伟,赵智彪,郑燕兰,李存才.RF Plasma MBE生长GaN材料及特性研究[J].功能材料与器件学报, 1999,(03)
[3].王三胜,顾彪,徐茵,徐久军.ECR-PEMOCVD法在GaAs(001)衬底上制备GaN量子点[J].半导体光电, 2002wenku.baidu.com(02)
[4].蒋建国.电子显微技术的现状与发展[J].扬州教育学院学报, 2003,(03)
[5].袁小武,肖定全,朱基亮,方瑜.Sol-gel制备PLCT薄膜的结晶特性与电畴结构研究[J].功能材料, 2005,(07)
[6].宋登元,王秀山.GaN材料系列的研究进展[J].微电子学, 1998,(02)
[10].谢崇木.短波长半导体激光器开发动向[J].半导体情报, 1998,(04)
【关键词相关文档搜索】：光学工程;GaN;PL谱;穿透位错;AFM;SEM;CL
【作者相关信息搜索】：重庆师范大学;光学工程;苑进社;王明月;