InGaN/GaN多量子阱蓝光LED外延片的变温光致发光谱

利用MOCVD在Al_2O_3(0001)衬底上制备InGaN/GaN MQW结构蓝光LED外延片。以400 mW中心波长405 nm半导体激光器作为激发光源,采用自主搭建的100～330 K低温PL谱测量装置,以及350～610 K高温PL测量装置,测量不同温度下PL谱。通过Gaussian分峰拟合研究了InGaN/GaN MQW主发光峰、声子伴线峰、n-GaN黄带峰峰值能量、相对强度、FWHM在100～610 K范围的温度依赖性。研究结果表明:在100～330 K温度范围内,外延片主发光峰及其声子伴线峰值能量与FWHM温度依赖性,分别呈现S与W形变化;载流子的完全热化分布温度约为150 K,局域载流子从非热化到热化分布的转变温度为170～190 K;350～610 K高温范围内,InGaN/GaN MQW主发光峰峰值能量随温度变化满足Varshni经验公式,可在MOCVD外延生长掺In过程中,通过特意降温在线测PL谱,实时推算掺In量,在线监测外延片生长。以上结果可为外延片的PL发光机理研究、高温在线PL谱测量设备开发、掺In量的实时监测等提供参考。     

SiO2对多层GaN外延片热应力分布影响的仿真分析

为了研究SiO2对多层结构GaN外延片的热应力的影响,以直径d为40 mm的GaN外延片为研究对象,利用有限元分析法分别对蓝宝石/AlN/GaN和蓝宝石/SiO2/AlN/GaN这两种光阴极组件外延片表面热应力进行理论计算和仿真。在其他结构参数相同的情况下,分别分析了两种光阴极组件外延片径向和厚度方向的应力分布,分析了外延片热应力分布及影响因素。分析结果显示:在1 200 ℃的生长温度下,径向区域内的热应力分布比较均匀,厚度方向的热应力均在衬底和外延层的界面上发生突变。最后分析了外延片生长温度、蓝宝石衬底和GaN、AlN过渡层厚度对表面热应力的影响。     

硅衬底氮化镓基LED薄膜转移至柔性黏结层基板后其应力及发光性能变化的研究

本文将硅(Si)衬底上外延生长的氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)薄膜转移至含有柔性黏结层的基板上, 获得了不受衬底和支撑基板束缚的LED薄膜. 利用高分辨率X射线衍射仪(HRXRD)研究了薄膜转移前后的应力变化, 同时对其光致发光(PL)光谱的特性进行了研究. 结果表明: 硅衬底GaN基LED薄膜转移至柔性基板后, GaN受到的应力会由转移前巨大的张应力变为转移后微小的压应力, InGaN/GaN量子阱受到的压应力则增大; 尽管LED薄膜室温无损转移至柔性基板其InGaN阱层的In组分不会改变, 然而按照HRXRD倒易空间图谱通用计算方法会得出平均铟组发生了变化; GaN基LED薄膜从外延片转移至柔性基板时其PL谱会发生明显红移.     

纤锌矿GaN外延层薄膜热膨胀行为的变温Raman散射研究

本文对纤锌矿结构GaN外延层薄膜的热膨胀行为进行了研究,结合热膨胀系数的物理意义与变温Raman散射时声子频移的变化规律,研究了热膨胀系数与变温Raman散射之间的关系.结果表明:通过测量Raman声子E_2(high),A_1(TO)和E_1(TO)频移与温度之间的线性关系,结合相应声子Gruneisen参数的涵义,可对纤锌矿结构GaN外延层薄膜在一定温度范围内的热膨胀系数进行测量.本文提供了一种表征纤锌矿结构GaN外延层薄膜热膨胀行为的有效方法,为进一步研究III族氮化物外延层薄膜在生长过程中热膨胀系数的匹配、降低外延层薄膜中的位错密度并提高发光二极管的发光效率提供了理论依据.     

基于X射线衍射的GaN薄膜厚度的精确测量

结合Williamson-Hall plot方法和线型分析方法的优点,提出了一种有效分离有限晶粒尺寸和非均匀应力等X射线衍射展宽效应的方法,可以用于GaN外延层厚度等参数的快速精确测量.用该方法对一系列在蓝宝石衬底上生长的厚度在0.7—4.2μm的GaN外延膜进行了测量,并与椭圆偏振光谱法测量结果进行了比较,结果表明其差别<4%,反应了这种方法的准确性. 关键词： GaN薄膜 厚度测量 X射线衍射     

表面预处理对石墨烯上范德瓦耳斯外延生长GaN材料的影响

基于范德瓦耳斯外延生长的氮化镓/石墨烯材料异质生长界面仅靠较弱的范德瓦耳斯力束缚,具有低位错、易剥离等优势,近年来引起了人们的广泛关注.采用NH_3/H_2混合气体对石墨烯表面进行预处理,研究了不同NH_3/H_2比对石墨烯表面形貌、拉曼散射的影响,探讨了石墨烯在NH_3和H_2混合气氛下的表面预处理机制,最后在石墨烯上外延生长了1.6μm厚的GaN薄膜材料.实验结果表明:石墨烯中褶皱处的C原子更容易与气体发生刻蚀反应,刻蚀方向沿着褶皱进行;适当NH_3/H_2比的混合气体对石墨烯进行表面预处理可有效改善石墨烯上GaN材料的晶体质量.本研究提供了一种可有效提高GaN晶体质量的石墨烯表面预处理方法,可为进一步研究二维材料上高质量的GaN外延生长提供参考.     

一种应用于MOCVD的3波长在线红外测温方法

根据金属有机物化学气相沉积(MOCVD)在线红外测温的发展需要,提出一种3波长免探测孔有效面积校准和反射率修正的测温方法。给出了探测1 300 nm、1 150 nm、940 nm 3波长的在线测温探头设计方案和光路图,将该探头应用于THOMAS SWAN CCS MOCVD 5.08 cm (2英寸)Si(111)衬底上生长10 μm GaN外延层的在线测温。测量结果表明:在700 ℃~1 100 ℃范围内,探头多次测量的重复性误差在1.0 ℃内,在950 ℃~1 100 ℃范围内,以EpiTT红外测温仪为参考,探头测温精度在1 ℃内,距离容差性为2 mm。该探头应用于我国自主研发的MOCVD 5.08 cm Si(111)衬底上生长InGaN/GaN MQW结构蓝光LED外延片,可得最低测温量程为435 ℃,n-GaN生长过程中测量噪声为0.75℃。结果分析表明:该3波长免修正在线红外测温法对于高质量单层薄膜外延生长具有一定可行性,对于多层复杂结构外延生长需要进一步改进。     

Si基GaN外延层光致发光光谱与二次离子质谱的研究

报道了在Si基上用简便的真空反应法制备出GaN外延层．光致发光光谱测试结果表明不同的生长温度和退火工艺会对GaN外延层的发光特性产生影响,在1050℃下生长的GaN外延层的发光强度高于其他温度下生长的发光强度,退火可以使GaN外延层的发光强度增强．二次离子质谱(SIMS)测试结果表明外延层中Ga和N分布均匀,在表面处Ga发生了偏聚,同时外延层中还存在Si,O等杂质,这使得外延层中背景电子浓度高达1.7×10¹⁸/cm³. SIMS测试结果还表明,在外延生长前采用 关键词：     

Si(111)衬底切偏角对GaN基LED外延膜的影响

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在具有偏角(0°~0.9°)的Si(111)衬底上生长了GaN薄膜。采用高分辨X射线衍射(HRXRD)对Si衬底的偏角进行了精确的测量,利用HRXRD、原子力显微镜(AFM)以及光致发光(PL)对外延薄膜的晶体质量、量子阱中In组分、表面形貌及光学特性进行了研究。结果表明,Si(111)衬底偏角对量子阱中的In组分、 GaN外延膜的表面形貌、晶体质量以及光学性能具有重大影响。为了获得高质量的GaN外延薄膜,衬底偏角必须控制在小于0.5°的范围内。超出该范围,GaN薄膜的晶体质量、表面形貌及光学性能都明显下降。     

硅基GaN微腔制作及其激射特性(特邀)

提出了一种新的Si衬底上GaN微盘谐振腔的制备方式,避免了传统Si基GaN器件中晶体质量较差以及外延层较厚对器件性能的影响.本工作中GaN的外延生长使用蓝宝石衬底,随后将外延层转移至硅衬底上进行微盘谐振腔的制备.外延生长时靠近衬底侧的GaN富缺陷层可使用减薄抛光的方式去除,并且通过简单湿法刻蚀二氧化硅牺牲层即可实现Ga...     

退火对AlGaInP/GaInP多量子阱 LED外延片性能的影响

采用LP-MOCVD技术在n-GaAs衬底上生长了AlGaInP/GaInP多量子阱红光LED外延片.研究表明退火对外延片性能有重要影响.与未退火样品相比,460℃退火15min,外延片p型GaP层的空穴浓度由5.6×10¹⁸cm^-3增大到6.5×10¹⁸cm^-3,p型AlGaInP层的空穴浓度由6.0×10¹⁷cm^-3增大到1.1×10¹⁸cm^-3.但退火温度为780℃时,p型GaP层和p型AlGaInP层的空穴浓度分别下降至8×10¹⁷cm^-3和1.7×10¹⁷cm^-3,且Mg原子在AlGaInP系材料中的扩散加剧,导致未掺杂AlGaInP/GaInP多量子阱呈现p型电导.在460～700℃退火范围内,并没有使AlGaInP/GaInP多量子阱的发光性能发生明显变化.但退火温度为780℃时,AlGaInP/GaInP多量子阱的发光强度是退火前的2倍.     

基于GaN同质衬底的高迁移率AlGaN/GaNHEMT材料

研究了表面预处理对GaN同质外延的影响,获得了高电子迁移率AlGaN/GaN异质结材料.通过NH_3/H_2混合气体与H_2交替通入反应室的方法对GaN模板和GaN半绝缘衬底进行高温预处理.研究结果表明,NH_3/H_2能够抑制GaN的分解,避免粗糙表面,但不利于去除表面的杂质,黄光带峰相对强度较高;H_2促进GaN分解,随时间延长GaN分解加剧,导致模板表面粗糙不平,AlGaN/GaN HEMT材料二维电子气迁移率降低.采用NH_3/H_2混合气体与H_2交替气氛模式处理模板或衬底表面,能够清洁表面,去除表面杂质,获得平滑的生长表面和外延材料表面,有利于提高AlGaN/GaN HEMT材料电学性能.在GaN衬底上外延AlGaN/GaN HEMT材料,2DEG迁移率达到2113 cm~2/V·s,电学性能良好.     

蓝光激光器结构中InGaN/GaN多量子阱界面效应的精细光致发光光谱研究

金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法制备InGaN/GaN多量子阱结构时,在GaN势垒层生长的N2载气中引入适量H2,能够有效改善阱/垒界面质量从而提升发光效率.本工作利用光致发光(PL)光谱技术,对蓝光激光器结构中的InGaN/GaN多量子阱的发光性能进行了精细的光谱学测量与表征,研究了通H2生长对量子阱界面的调控...     

Stereodynamics study of the H′（^2S） ＋ NH（X^3∑-） 〉 N（4S） ＋ H2 reaction

The stereodynamics and reaction mechanism of the H′（^2S） ＋ NH （X^3∑^-） → N（^4S） ＋ H2 reaction are thoroughly studied at collision energies in the 0.1 eV-1.0 eV range using the quasiclassical trajectory （QCT） on the ground 4A″ potential energy surface （PES）. The distributions of vector correlations between products and reagents P（φr）, P（φr） and P（φr,φr） are presented and discussed. The results indicate that product rotational angular momentum j′ is not only aligned, but also oriented along the direction perpendicular to the scattering plane; further, the product H2 presents different rotational polarization behaviors for different collision energies. Furthermore, four polarization-dependent differential cross sections （PDDCSs） of the product He are also calculated at different collision energies. The reaction mechanism is analyzed based on the stereodynamics properties. It is found that the abstraction mechanism is appropriate for the title reaction.     

聚芳醚酮链扩展单体及单分散齐聚物的分子结构研究

为了全面表征聚芳醚酮齐聚物及高聚物分子结构,本文合成了系列链扩展单体及单分散齐聚物,以¹³C NMR对其在DMSO-d₆(或DMSO-d₆+CDCl₃),及H₂SO₄-d₂(或H₂SO₄)中进行对比研究,表明:它们溶于H₂SO₄时,分子结构发生明显极化.量子化学计算及动态¹³C NMR研究表明,极化是H₂SO₄的正极性磺酸基诱导分子链的氧原子电荷进而诱导芳环电子离域产生的,而非磺化所致.说明极化有普遍意义并提出标题化合物的极化方式,其实际意义明确.     

Direct simulation Monte Carlo analysis of flows and etch rate in aninductively coupled plasma reactor

The direct simulation Monte Carlo (DSMC) method was employed to predict the etch rate distribution on Si wafer. The etchant is assumed to be Cl. The production rate of Cl due to electron impact was obtained separately by preprocessing an inductively coupled chlorine plasma by use of the particle-in-cell/Monte Carlo method. Under the condition of constant total pressure, the etch rate increases with the mass flow rate of source gas Cl₂. The density of the etch product SiCl₂ rapidly decreases with increasing the flow rate. The density of the etchant hardly depends on the flow rate. The recombination 2Cl→Cl₂ on the inner walls of etching apparatus has a large effect on the etch rate; recombination probability of 0.1 results in 50% reduction of the etch rate. The etch rate distribution becomes more uniform when the reaction probability at the wafer surface is reduced     

Degradation of β-Ga_2O_3 Schottky barrier diode under swift heavy ion irradiation

The electrical characteristics and microstructures of β-Ga_2 O_3 Schottky barrier diode(SBD) devices irradiated with swift heavy ions(2096 Me V Ta ions) have been studied. It was found that β-Ga_2 O_3 SBD devices showed the reliability degradation after irradiation, including turn-on voltage Von, on-resistance Ron, ideality factor n, and the reverse leakage current density Jr. In addition, the carrier concentration of the drift layer was decreased significantly and the calculated carrier removal rates were 5 × 10~6–1.3 × 10~7 cm~(-1). Latent tracks induced by swift heavy ions were observed visually in the whole β-Ga_2 O_3 matrix. Furthermore, crystal structure of tracks was amorphized completely. The latent tracks induced by Ta ions bombardments were found to be the reason for the decrease in carrier mobility and carrier concentration. Eventually,these defects caused the degradation of electrical characteristics of the devices. In terms of the carrier removal rates, theβ-Ga_2 O_3 SBD devices were more sensitive to swift heavy ions irradiation than Si C and Ga N devices.     

Coulometric titrations of electrolytes in water by a solid state ionic device using Nafion and Tosflex membranes

A solid state ionic device to titrate electrolytes in water was produced, and the performance of the device was examined. The device named the coulometric titration apparatus is a three-component electrochemical cell like an electrodialyzer. The central component, the analyzing room, is a container of the sample solution. The sample solution, 10⁻¹ M H₂SO₄, NaOH, Na₂SO₄, or 10⁻⁷–10⁻² M Na₂SO₄, is separated from the cathode and the anode room solutions, 10⁻² M H₂SO₄, NaOH, or Na₂SO₄, by Nafion-117 and Tosflex IE-SF34 membranes working as the anion and the cation blocking electrodes, respectively. The quantity of electricity to extract whole electrolytes in the sample solution is evaluated from the peak area of the titration curve. The sample concentration is successfully determined by the calibration curve method, with the quantity of electricity and the sample volume (6 ml) in the range from 10⁻¹ to 10⁻⁵ M.     

聚芳醚酮分子结构、极化及分子量的谱学研究

聚芳醚酮在硫酸溶液中产生极化的主要因素包括质子化作用,硫酸的各种作用表明:聚合物分子结构中酮基含量或分子链刚性度增加时,硫酸的极化作用也增加,表现为UV谱红移,最大吸收峰显著增强及测得粘度与实际植偏差增大.由此,首次提出粘度法测定分子量时应考虑分子刚性等的影响.而用¹⁹F NMR法对合成的大量聚芳醚酮化合物分子量的定量研究表明,此法可由测得的端基氟含量,进而得到高聚物的数均分子量,无需校正.