Si(111)衬底上生长有多缓冲层的六方GaN晶格常数计算和应变分析

利用卢瑟福背散射/沟道技术和高分辨率X射线衍射技术对在Si(111)衬底上利用金属有机化合物气相外延技术(MOVPE)生长有多缓冲层的六方GaN外延膜进行结晶品质计算、晶格常数计算和应变分析. 实验结果表明：GaN外延膜的结晶品质为χ_min=1.54%，已达到完美晶体的结晶品质(χ_min=1%—2%)；GaN外延膜的水平方向和垂直方向晶格常数分别为：a_epi＝0.31903nm，c_epi=0.51837nm，基本达到G 关键词： GaN 高分辨X射线衍射 卢瑟福背散射/沟道 弹性应变     

掺铒GaN薄膜的背散射/沟道分析和光致发光研究

采用背散射（RBS）/沟道（channeling）分析和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）研究了掺铒G aN薄膜的晶体结构和光致发光（PL）特性.背散射/沟道分析结果表明：随退火温度的升高， 薄膜中辐照损伤减少；但当退火温度达到1000℃，薄膜中的缺陷又明显增加.Er浓度随注入 深度呈现高斯分布.通过沿GaN的<0001>轴方向的沟道分析，对于900℃，30min退火的GaN:Er 样品，Er在晶格中的替位率约76％.光谱研究表明：随退火温度的升高，室温下样品的红外P L峰强度增加；但是当退火温度达到100 关键词： GaN Er 离子束分析 光致发光     

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.     

用卢瑟福背散射/沟道技术及高分辨X射线衍射技术分析不同Al和In含量的AlInGaN薄膜的应变

利用卢瑟福背散射/沟道技术对在蓝宝石衬底上用金属有机化学气相沉积方法生长的有GaN缓冲层(>2μm)的一系列不同Al和In含量的AlInGaN薄膜进行组分及结晶品质的测量；并结合高分辨X射线衍射技术，通过对AlInGaN的对称(0002)面，及非对称(1015)面的θ—2θ扫描及倒空间扫描，可以精确测定AlInGaN外延层的晶格常数及水平和垂直方向的应变.实验结果表明AlInGaN 薄膜中不同含量Al和In对其应变有较大的影响，结合Vegard定理，对这一现象给出了理论的解释. 关键词： AlInGaN 高分辨X射线衍射 卢瑟福背散射/沟道 弹性应变     

具有超晶格应力调制结构的绿光InGaN/GaN多量子阱的发光特性

研究了具有InGaN/GaN超晶格(SL)插入结构的绿光InGaN/GaN多量子阱(MQW)的发光特性。结构测试表明,SL插入结构并没有引起MQW中平均In组份的增加,而是改变了In组份的分布,形成了高In组份的量子点和低In组份量子阱。其电致发光(EL)谱和光致发光(PL)谱均出现了双发光峰。我们认为这两个 峰分别来自于量子点和量子阱,且存在着载流子从阱向点转移的输运机制。最后变温PL积分强度的Arrhenius 拟合表明,SL插入结构并没有在MQW中引入新的缺陷,使其发光效率下降。     

引入n型InGaN/GaN超晶格层提高量子阱特性研究

利用金属有机物化学气相淀积技术在蓝宝石衬底上生长了InGaN/GaN量子阱结构. 研究了引入n型InGaN薄层或InGaN/GaN超晶格层的量子阱特性,结果表明通过引入n型InGaN薄层或InGaN/GaN超晶格层缓解了量子阱有源区中的应力,改善了多量子阱表面形貌,减少了V型缺陷密度,而且提高了多量子阱的光致发光强度,从而也改进了LED的发光效率. 关键词： InGaN/GaN多量子阱 原子力显微镜 X射线双晶衍射 光致发光     

GaN基量子阱的激子跃迁和光学性质

采用光致发光谱、光致发光激发谱以及拉曼光谱对GaN基量子阱材料进行了实验观察和分析 .实验结果表明样品中量子点结构不均匀及InGaN层中In成分分布不均匀 ,且其光致发光谱的波峰是由自由激子辐射复合发光引起的 .同时由室温下InGaN/GaN量子阱的拉曼谱可得知InGaN/GaN多量子阱的结构特征     

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。     

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效应及其发光效率提升的物理机制。室温PL光谱结果显示,GaN势垒层生长载气中引入2.5%的H₂使InGaN/GaN多量子阱的发光效率提升了75%、发光峰的峰位蓝移了17 meV、半峰宽（FWHM）减小了10 meV。通过功率依赖的PL光谱特征分析,我们对InGaN/GaN量子阱中的量子限制Stark效应（QCSE）和能带填充（Band Filling）效应进行了清晰的辨析,发现了发光峰峰位和峰宽的光谱特征主要受QCSE效应影响,H₂的引入能够大幅度降低QCSE效应,并且确定了QCSE效应被完全屏蔽情况下的发光峰能量为2.75 eV。温度依赖的PL光谱数据揭示了通H₂生长量子阱结构中显著减弱的载流子局域化行为,显示界面质量提高有效降低了限制势垒的能量波动,从而导致更窄的发光峰半峰宽。PL光谱强度随温度的变化规律表明,通H₂生长并不改变量子阱界面处的非辐射复合中心的物理本质,却能够显著减少非辐射复合中心的密度,有助于提升量子阱的发光效率。通过时间分辨PL光谱分析,发现通H₂生长会导致量子阱结构中更短的载流子辐射复合寿命,但不影响非辐射复合寿命。载流子复合寿命的变化特征进一步确认了通H₂生长对量子阱结构中QCSE效应和非辐射复合中心的影响规律。综合所有PL光谱分析结果,我们发现通H₂生长能够提高InGaN/GaN多量子阱的界面质量、显著减弱应力效应（更弱的QCSE效应）、降低限制势垒的能量波动以及减少界面处非辐射复合中心的密度,从而显著提升量子阱的发光效率。该研究工作充分显示了PL光谱技术对半导体量子结构发光性能的精细表征能力,光谱分析结果能够为InGaN/GaN多量子阱生长提供有价值的参考。     

垒掺In提高InGaN/GaN多量子阱发光特性

利用金属有机物化学气相淀积技术在蓝宝石衬底上生长InGaN/GaN多量子阱结构.对多量子阱垒层掺In和非掺In进行了比较研究，结果表明，垒掺In 的样品界面质量变差，但明显增加了光致发光谱的峰值强度和积分强度，带边峰与黄光峰强度之比增大，降低了表面粗糙度.利用这两种结构制备了相应的发光二极管(LED)样品.通过电荧光测量可知，垒掺In的LED比非掺In的LED有较高的发光强度和相对均匀的波长，这主要是由于垒掺In后降低了阱与垒之间晶格失配的应力，从而降低了极化电场，提高了辐射复合效率. 关键词： InGaN/GaN多量子阱 X射线双晶衍射 原子力显微镜 光致发光     

Near-field optical characterization of GaN and InxGa1−xN/GaN heterostructures grown on freestanding GaN substrates

Using near-field scanning optical microscopy (NSOM), we report the spatial distribution of photoluminescence (PL) intensity in III-nitride-based semiconductor layers grown on GaN substrates. Undoped GaN, In_0.11Ga_0.89N, and In_0.13Ga_0.87N/GaN multi-quantum wells (MQWs) were grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) on freestanding GaN substrates. Micro-Raman spectroscopy has been used to evaluate the crystalline properties of the GaN homoepitaxial layers. The variation of the PL intensity from the NSOM imaging indicates that the external PL efficiency fluctuates from 20% to 40% in the 200 nm InGaN single layer on freestanding GaN, whereas it fluctuates from 20% to 60% in InGaN/GaN MQWs. In the NSOM-PL images, bright island-like features are observed. After deconvolution with the spatial resolution of the NSOM, the size of these features is estimated to be in the range of 150–250 nm.     

Influence of growth parameters on the properties of InGaN/GaN multiple quantum well grown by metalorganic chemical vapor deposition

The effects of growth parameters such as barrier growth time, growth pressure and indium flow rate on the properties of InGaN/GaN multiple quantum wells (MQWs) were investigated by using photoluminescence (PL), high resolution X-ray diffraction (HRXRD), and atomic force microscope (AFM). The InGaN/GaN MQW structures were grown on c-plane sapphire substrate by using metalorganic chemical vapor deposition. With increasing barrier growth time, the PL peak energy is blue-shifted by 18 nm. For InGaN/GaN MQW structures grown at different growth pressures, the PL intensity is maximized in the 300 Torr – grown structure, which could be attributed to the improved structural quality confirmed by HRXRD and AFM results. Also, the optical properties of InGaN/GaN MQW are strongly affected by the indium flow rate.     

High-efficiency InGaN/AlInGaN multiple quantum wells with lattice-matched AlInGaN superlattices barrier

A new approach to fabricating high-quality AlInGaN film as a lattice-matched barrier layer in multiple quantum wells(MQWs) is presented. The high-quality AlInGaN film is realized by growing the AlGaN/InGaN short period superlattices through metalorganic chemical vapor deposition, and then being used as a barrier in the MQWs. The crystalline quality of the MQWs with the lattice-matched AlInGaN barrier and that of the conventional InGaN/GaN MQWs are characterized by x-ray diffraction and scanning electron microscopy. The photoluminescence(PL) properties of the InGaN/AlInGa N MQWs are investigated by varying the excitation power density and temperature through comparing with those of the InGaN/GaN MQWs. The integral PL intensity of InGaN/AlInGaN MQWs is over 3 times higher than that of InGaN/GaN MQWs at room temperature under the highest excitation power. Temperature-dependent PL further demonstrates that the internal quantum efficiency of InGaN/AlInGaN MQWs(76.1%) is much higher than that of InGaN/GaN MQWs(21%).The improved luminescence performance of InGaN/AlInGaN MQWs can be attributed to the distinct reduction of the barrier-well lattice mismatch and the strain-induced non-radiative recombination centers.     

利用选择性外延法生长单芯片双波长白光InGaN/GaN多量子阱结构

为了制备单芯片无荧光粉白光InGaN/GaN多量子阱发光结构,利用选择性外延生长法在SiO2条纹掩膜板上生长出具有梯形形貌的GaN微面结构,并在该GaN微面结构上生长InGaN/GaN多量子阱结构,最终在单芯片上获得了双波长发光.结果表明:梯形GaN微面由(0001)和(11-22)面组成,两者的表面能和极性不同,并且在InGaN/GaN多量子阱生长过程中,In原子和Ga原子迁移速率不同,从而使得(0001)和(11-22)面上的多量子阱具有不同的发光波长;该性质可以使(11-22)面的微面量子阱发出蓝光(峰值波长为420nm),而(0001)面的量子阱发出黄光(峰值波长为525nm),最终形成双波长的复合白光外延结构.     

Investigation of electron energy states in InGaN/GaN multiple quantum wells

Blue light emitting diodes (LED) consisting of InGaN/GaN multiple quantum wells (MQWs) have been grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) on sapphire. The width of the quantum wells (InGaN) was maintained in the range of 3–5 nm with a barrier of 10–15 nm of GaN. Various diagnostic techniques were employed for the characterization of the InGaN/GaN heterostructure. Carrier concentration depth profile from C–V measurements demonstrated the presence of MQWs. The higher value of built-in voltage (15 V) determined from C⁻²–V plot also supported the presence of MQWs as assumed to alter the space-charge region width and hence the intercept voltage. Arrhenius plots due to DLTS spectra from the device revealed at least four energy states (eV) 0.1, 0.12, 0.15 and 0.17, respectively in the quantum wells, with respect to the barrier. Further the photoluminescence spectrum showed an InGaN-based broad band centered at 2.9 eV and the GaN peak at 3.4 eV. A comparison of the PL spectrum with the literature helped to estimate the indium content in the QW (InGaN) and its width to be ∼13% and ∼3 nm, respectively. The results were consistent with the DLTS findings.     

局域表面等离激元对InGaN/GaN多量子阱发光效率的影响

Ag纳米粒子的形貌对InGaN/Ga N多量子阱(MQWs)的光致发光(PL)效率有着显著影响。本文采用离子束沉积(IBD)技术将Ag沉积在InGaN/Ga N MQWs上,然后通过快速热退火处理制备Ag纳米粒子。通过改变Ag的沉积时间获得了具有不同Ag纳米粒子形貌的样品。用原子力显微镜对各样品的Ag纳米粒子形貌和尺寸进行了表征,并且测试了吸收谱、室温和变温PL谱及时间分辨光致发光(TRPL)谱。结果表明:随着Ag沉积时间的延长,所得Ag纳米粒子粒径增大,粒子纵横比先增大后减小且吸收谱峰红移。由于不同形貌的Ag纳米粒子在入射光作用下产生的局域表面等离激元(LSPs)与MQWs中激子耦合强度不同,光发射能力也不同,与没有Ag纳米粒子的样品相比,沉积时间为15 s的样品室温PL积分强度被抑制6.74倍,沉积时间为25 s和35 s的样品室温PL积分强度分别增强1.55和1.72倍且峰位发生红移,沉积时间为45 s的样品室温PL积分强度基本没有变化。TRPL与变温PL的测试结果证明,室温PL积分强度的改变是由于LSPs与MQWs中的激子耦合作用引起的。纵横比大且吸收谱与MQWs的PL谱交叠大的Ag纳米粒子能够更好地增强InGaN/Ga N MQWs的发光。     

Strain Effect on Photoluminescences from InGaN MQWs with Different Barriers Grown by MOCVD

InGaN/GaN MQWs, InGaN/AlGaN MQWs and InGaN/AlInGaN MQWs are grown on （0001） sapphire substrates by MOCVD. Membrane samples are fabricated by laser lift-off technology. The photoluminescence spec-ra of membranes show a blue shift of peak positions in InGaN/GaN MQWs, a red shift of peak positions in InGaN/AlGaN MQWs and no shift of peak positions in InGaN/AIlnGaN MQWs from those of samples with substrates. Different changes in Raman scattering spectra and HR-XRD （0002） profile of InGaN/AlInGaN MQWs, from those of InGaN/GaN MQWs and InGaN/AlGaN MQWs, are observed. The fact that the strain changes differently among InGaN MQWs with different barriers is confirmed. The AIlnGaN barrier could adjust the residual stress for the least strain-induced electric field in InGaN/AIlnGaN quantum wells.     

In源流量与Ⅲ族流量之比对InGaN/GaN多量子阱性质的影响

利用x射线三轴晶衍射和光致发光谱研究了生长参数In源流量与Ⅲ族流量之比对InGaN/GaN多量子阱结构缺陷(如位错密度和界面粗糙度)和光致发光的影响.通过对（0002）对称和（1012）非对称联动扫描的每一个卫星峰的ω扫描，分别测量出了多量子阱的螺位错和刃位错平均密度，而界面粗糙度则由（0002）对称衍射的卫星峰半高全宽随级数的变化得出.试验发现多量子阱中的位错密度特别是刃位错密度和界面粗糙度随In源流量与Ⅲ族源流量比值的增加而增加，导致室温下光致发光性质的降低，从而也证明了刃位错在InGaN/GaN 关键词： x射线三轴晶衍射 界面粗糙度 位错 InGaN/GaN多量子阱