重复稳定的掺氮磷化镓液相外延

本文简要地评述磷化镓外延生长技术,指出采用气相掺杂过补偿液相外延技术,适合于制备较高外量子效率的磷化镓绿色发光器件所需的外延生长层.从既能获得较高发光效率又能满足工业批量生产要求出发,设计制造了采用滑板技术及气相掺氮和掺锌的过补偿液相外延生长装置.装置具有结构简单,操作方便,便于控制等特点.应用该装置进行试验,总结了外延生长主要工艺和典型的生长条件.连续十余次外延生长的实验结果表明,所采用的液相外延生长技术,能稳定重复地生长出符合于制备较高外量子效率的绿色发光器件所需的掺氮磷化镓外延生长层.用该材料制成绿色发光二极管,当发光面积为500×500微米2,电流密度为12A/cm2时,总光通量一般大于10毫流明.最高的达到了19.85毫流明.由此说明,本文所报导的液相外延技术适合于工业上批量生产磷化镓绿色发光二极管.     

磷砷化镓黄色发光二极管

采用掺氨砷压法在磷化镓衬底上外延生长掺碲n型的GaAs0.15P0.85:N/GaP材料,制成磷砷化镓黄色发光二极管,测量了其光学和电学性能.讨论了影响器件发光效率的因素.     

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.     

纯绿色的无氮GaP发光二极管

通常,液相外延生长的GaP发光二极管用渐冷法制成,并用氮作为发光中心以提高其发光效率。如我们过去发表的报告中所述,生长时温度的变化对外延层晶体质量有坏影响。     

MOCVD生长GaAs高质量掺碳研究

利用低压金属有机化合物汽相淀积(LP-MOCVD)系统,通过调节生长参量和掺杂工艺,得到了晶格质量高、表面形貌好且空穴浓度从8×10¹⁷到4×10²¹可控的掺碳GaAs外延层,最后给出一应用实例-用重掺碳的GaAs材料做级联GaInP/GaAs/Ge太阳能电池的隧道结.     

截止波长12μm的p型-InAs_(0.04)Sb_(0.96)材料的熔体外延生长

为了获得P型的长波长InAsSb材料并研究掺杂剂Ge对材料特性的影响,用熔体外延法生长了掺Ge的波长为12μm的P型-InAsSb外延层．用傅里叶红外光谱仪、VanderPauw法和电子探针微分析研究了材料的透射光谱、电学性质以及组分的分布．结果表明,两性杂质Ge在熔体外延生长的InAs0.01Sb0.96材料中起受主杂质作用．当外延层的组分相同时,材料的截止波长不随掺Ge浓度的变化而变化,但是随着外延层中掺Ge量的增加,外延层的透射率下降．掺杂原子Ge在外延层的表面及生长方向的分布都是相当均匀的．77K下测得,载流子浓度为9．18×10^16cm^-3的掺Ge的P型-InAS0.01Sb0.96样品,其空穴迁移率达到1120cm^2·Vs^-1.     

铒掺杂硼酸盐玻璃中的激发态阱

铒掺杂硼酸盐玻璃广泛应用于发光材料中,研究其发光动力学性质对于优化和提高其发光效率具有重要意义. 本文采用传统的熔融淬火法合成了摩尔比为2%的掺铒硼酸盐玻璃,并在低于硼酸盐玻璃转变温度(260 °C)下退火,退火处理后的掺铒硼酸盐玻璃光学性质得到了一定程度的提高. 硼酸盐玻璃未掺杂和掺杂Er³⁺的热性能采用差示扫描量热法以10 °C/min的速度进行测量. 同时还测量了掺铒硼酸盐玻璃发光机理的吸收光谱、激发光谱、稳态发射光谱、瞬态发射光谱和衰减动力学曲线. 实验结果表明Er³⁺在不同激发波长下556 nm处发射时具有不同的寿命,在掺铒硼酸盐玻璃中可能存在激发态阱,利用实验数据得到了激发态阱的深度为0.14 eV.     

等离子MOCVD系统生长ZnO薄膜掺N2和掺NH3特性比较

利用MOCVD方法生长了高质量的ZnO薄膜材料,分别通过N2和NH3对c面和R面蓝宝石衬底上生长的ZnO薄膜材料进行了掺杂行为研究.掺N2时,X射线衍射半峰全宽仅为0.148°,室温光荧光发光峰位于3.29eV,半峰全宽～100meV,电阻率由0.65 Ω·cm增大到5×l04Ω·cm.掺NH3时,X射线衍射峰半峰全宽0.50°,样品为弱p型,电阻率为102Ω·cm,载流子浓度为1.69×1016 cm-3.同时我们还观察到弱p型材料很容易退化成n型高阻材料.     

锌扩散高效率GaP绿色LED

日本东芝总研,在第二次国际LED会议上发表了用液相外延法掺杂制备GaP,在GaP里扩散锌制作成高效率绿色LED的报告。该LED用树脂封装后发光效率是0.15％(0.5mm见方管芯,SA/cm)或0.23％(0.5mm见方管芯50A/cm~2),比     

采用锌扩散工艺在SSD方法生长的GaP晶体上制作绿色发光二极管

通过把100毫巴的氮和0.05毫巴的氨的混合气体导入生长管内的办法,使合成溶质扩散(SSD)生长的晶体的氮浓度达到3×10~(17)cm~(-3)。用锌扩散法已经制出这种材料的绿色发光二极管,获得了高达0.01％的量子效率,和商品的气相外延二极管性能相近。除绿峰外,一些SSD二极管在700nm处还有个谱峰,该峰是由氧的污染所引起的,严格地处理反应管,可以减少氧沾污。     

磷化镓单晶外延工艺及其自支撑薄膜的制作

采用Ga—PCI_3—H_2系统开管式汽相外延的方法,在GaAs衬底上生长掺Zn的GaP单晶。经化学腐蚀去掉GaAs衬底得到自支撑GaP单晶薄膜。 研究了在P型GaAs衬底上外延P—型GaP的生长条件,生长速度与温度的关系,生长速度与输运气体中的PCI_3浓度的关系,以及晶向偏差,清洁条件等对外延层质薄的(井彡)响。     

截止波长12 μm的p型-InAs0.04Sb0.96材料的熔体外延生长

为了获得p-型的长波长InAsSb材料并研究掺杂剂Ge对材料特性的影响,用熔体外延法生长了掺Ge的波长为12 μm的p型-InAsSb 外延层.用傅里叶红外光谱仪、Van der Pauw 法和电子探针微分析研究了材料的透射光谱、电学性质以及组分的分布.结果表明,两性杂质Ge在熔体外延生长的InAs0.04Sb0.96材料中起受主杂质作用.当外延层的组分相同时,材料的截止波长不随掺Ge浓度的变化而变化,但是随着外延层中掺Ge量的增加,外延层的透射率下降.掺杂原子Ge在外延层的表面及生长方向的分布都是相当均匀的.77 K下测得,载流子浓度为9.18×1016 cm－3的掺Ge的p型-InAs0.04Sb0.96样品,其空穴迁移率达到1 120 cm2·Vs－1.     

GS-MBE生长的GaP/Si的XPS研究

利用X射线光电子能谱(XPS)深度剖析方法对气体源分子束外延(GS-MBE)生长的GaP/Si异质结构进行了详细的分析.其结果表明:(1)外延层内Ga、P光电子峰与GaP相相符,且组份分布均匀,为正化学比GaP.(2)在不同富PH₃流量条件下生长的样品,其表面富P量稍有不同,而GaP外延层内的测试结果相同.界面也未见有P的富集.(3)XPS剖析至GaP/Si界面附近,随外延层界面向衬底过渡,Si2p光电子峰向高结合能方向移动,且其结合能高于原衬底p型Si,接近于n型Si.但Ga、P光电子峰未发现有明显能移.(4)在XPS检测限内,外延层内和界面都未见有C、O等沾污.这一研究表明:无污染的本底超高真空、相对过剩的富₃生长环境、成功的Si衬底清洗方法等措施保证了GS-MBE生长出正化学比GaP/Si外延异质结构.     

高纯汽相生长GaP的场致发光及电学性质

研究了以汽相外延法在整片单晶GaP衬底上生长的高纯GaP的场致发光、霍尔系数、电阻率同温度的关系。在77°K和300°K分别获得高达2370厘米~2/伏秒和189厘米~2/伏秒的霍尔迁移率。以Zn 扩散制成的二极管的场致发光表现为本征复合。在77°K时,除了由于在中性施主位置上的束缚激子复合而引起的狭的非声子谱线外,近边带场致发光还呈现出一组界线分明的谱峰,相应于自由激子的声子协助的复合(下文中简称为“声协”复合)。这些观察到的峰,既和 TA、LA、TO声子的吸收有关,也和它们的发射有关;它们的能量分别为12.5,31.0,44.0毫电子伏。和声子发射有关的谱峰强度对于TO、LA和TA声子来说,大概比率是1:3:1.5。这些能量和相对强度是和本征GaP的吸收及阴极射线发光数据一致。在氮和别的任意杂质浓度很低的器件中,场致发光和温度的关系表明:300°K的发射以本征复合占优势。     

射频磁控溅射法制备N掺杂β-Ga2O3薄膜的光学特性

在不同氨分压比(0～30％)下,用射频磁控溅射法在玻璃和硅衬底上制备了N掺杂β-Ga2O3薄膜.研究了氨分压比和退火对薄膜光学和结构特性的影响.N掺杂β-Ga2O3薄膜的微结构、光学透过率、光学吸收和光学带隙随着氨分压比的增加发生了显著变化.观察到了绿光、蓝光和紫外发光带,并对每个发光带进行了讨论.     

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。     

利用梯度掺杂获得高量子效率的GaAs光电阴极

获得高量子效率且稳定性良好的阴极一直是近年来发展GaAs光电阴极的重要方向。对晶面为(100),掺杂Be,厚度为1μm分子束外延生长的反射式GaAs发射层,设计了一种从体内到表面掺杂浓度由高到低分布的新型梯度掺杂结构。掺杂浓度的范围从1×1019cm-3到1×1018cm-3,并利用(Cs,O)激活技术制备了GaAs光电阴极。光谱响应测试曲线显示,与传统均匀掺杂的GaAs光电阴极相比,梯度掺杂的GaAs光电阴极的量子效率在整个波段都有提高,积分灵敏度可达1580μA/lm,且具有更好的稳定性。讨论了这种新型GaAs光电阴极获得更高量子效率的内在机理。该设计结构是现实可行的,且具有很大发展潜力,它为国内发展高性能GaAs光电阴极提供了一条重要途径。     

截止波长12 μm的p型-InAs0.04Sb0.96材料的熔体外延生长

为了获得p-型的长波长InAsSb材料并研究掺杂剂Ge对材料特性的影响,用熔体外延法生长了掺Ge的波长为12 μm的p型-InAsSb 外延层.用傅里叶红外光谱仪、Van der Pauw 法和电子探针微分析研究了材料的透射光谱、电学性质以及组分的分布.结果表明,两性杂质Ge在熔体外延生长的InAs0.04Sb0.96材料中起受主杂质作用.当外延层的组分相同时,材料的截止波长不随掺Ge浓度的变化而变化,但是随着外延层中掺Ge量的增加,外延层的透射率下降.掺杂原子Ge在外延层的表面及生长方向的分布都是相当均匀的.77 K下测得,载流子浓度为9.18×1016 cm-3的掺Ge的p型-InAs0.04Sb0.96样品,其空穴迁移率达到1 120 cm2·Vs-1.     

Yb3+掺杂浓度对Er3+/Yb3+共掺SiO2-Al2O3-La2O3玻璃光谱性质的影响

测量了不同Yb3+ 离子掺杂浓度下 ,Er3+ /Yb3+ 共掺SiO2 Al2 O3 La2O3玻璃的吸收光谱、荧光光谱和Yb3+离子2 F5/ 2 的能级寿命 ,应用迈克康伯 (McCumber)理论计算了Er3+ 的受激发射截面σemi,讨论了Yb3+ 离子浓度对其自身吸收性质、Er3+ 离子发光性质 ,以及Yb3+ →Er3+ 能量传递效率 (η)的影响 ,初步探明该基质玻璃中Yb3+ 离子掺杂数浓度的最佳范围为 3 .94× 1 0 2 0 cm- 3至 5 .92× 1 0 2 0 cm- 3,在此掺杂范围内 ,Yb3+ 离子的最大吸收系数为9.8cm- 1 ,Er3+ 的峰值发射截面和Yb3+ →Er3+ 能量传递效率 (η)分别为 0 64× 1 0 - 2 4 m2 和 92 %。     

射频等离子体辅助MBE生长GaN及Mg掺杂的光致发光

采用射频等离子体辅助分子束外延(RF plasma-assisted MBE)系统生长非故意掺杂GaN和p型GaN,并且通过室温和低温光致发光(PL)谱测试研究了材料的发光特性及与杂质态的关系,对于GaN外延层出现的黄带发光进行分析。结果表明,富Ga条件下生长的GaN材料特性要优于富N生长的材料;非故意掺杂的富Ga样品中出现的黄带发光(YL)与GaN中生成能最低的氮空位(V_N)缺陷有关;不同的Mg掺杂浓度对样品的PL特性有较大的影响;结合Hall效应测量结果,认为在Mg重掺杂的样品中出现的黄带发光,与GaN的自补偿效应以及重掺杂导致的晶体质量下降有关。