蓝宝石衬底上GaN/AlxGa1-xN超晶格插入层对AlxGa1-xN外延薄膜应变及缺陷密度的影响

室温300K下,由于Al_xGa_1-xN的带隙宽度可以从GaN的3.42eV到AlN的6.2eV之间变化,所以Al_xGa_1-xN是紫外光探测器和深紫外LED所必需的外延材料.高质量高铝组分Al_xGa_1-xN材料生长的一大困难就是Al_xGa_1-xN与常用的蓝宝石衬底之间大的晶格失配和热失配.因而采用MOCVD在GaN/蓝宝石上生长的Al_xGa_1-xN薄膜由于受张应力作用非常容易发生龟裂.GaN/Al_xGa_1-xN超晶格插入层技术是释放应力和减少Al_xGa_1-xN薄膜中缺陷的有效方法.研究了GaN/Al_xGa_1-xN超晶格插入层对GaN/蓝宝石上Al_xGa_1-xN外延薄膜应变状态和缺陷密度的影响.通过拉曼散射探测声子频率从而得到材料中的残余应力是一种简便常用的方法,Al_xGa_1-xN外延薄膜的应变状态可通过拉曼光谱测量得到.Al_xGa_1-xN外延薄膜的缺陷密度通过测量X射线衍射得到.对于具有相同阱垒厚度的超晶格,例如4nm/4nm,5nm/5nm,8nm/8nm的GaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格,研究发现随着超晶格周期厚度的增加Al_xGa_1-xN外延薄膜缺陷密度降低,Al_xGa_1-xN外延薄膜处于张应变状态,且5nm/5nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层Al_xGa_1-xN外延薄膜的张应变最小.在保持5nm阱宽不变的情况下,将垒宽增大到8nm,即十个周期的5nm/8nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层使Al_xGa_1-xN外延层应变状态由张应变变为压应变.由X射线衍射结果计算了Al_xGa_1-xN外延薄膜的刃型位错和螺型位错密度,结果表明超晶格插入层对螺型位错和刃型位错都有一定的抑制效果.透射电镜图像表明超晶格插入层使位错发生合并、转向或是使位错终止,且5nm/8nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层导致Al_xGa_1-xN外延薄膜中的刃型位错倾斜30°左右,释放一部分压应变.     

Comparision between Ga- and N-polarity InGaN solar cells with gradient-In-composition intrinsic layers

Performances of Ga-and N-polarity solar cells(SCs) adopting gradient-In-composition intrinsic layer(IL) are compared.It is found the gradient ILs can greatly weaken the negative influence from the polarization effects for the Gapolarity case,and the highest conversion efficiency(η) of 2.18%can be obtained in the structure with a linear increase of In composition in the IL from bottom to top.This is mainly attributed to the adsorptions of more photons caused by the higher In composition in the IL closer to the p-GaN window layer.In contrast,for the N-polarity case,the SC structure with an InGaN IL adopting fixed In composition prevails over the ones adopting the gradient-In-composition IL,where the highest η of 9.28%can be obtained at x of 0.62.N-polarity SC structures are proven to have greater potential preparations in high-efficient InGaN SCs.     

变组分Al对HfO_2阻变特性影响:第一性原理研究

为了改善HfO_2的阻变特性,提高氧空位(VO)导电细丝形成的一致性和均匀性,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了掺杂Al的HfO_2阻变材料的微观特性.结果表明,间隙Al (Int-Al)更适合掺入到HfO_2中,并且Int-Al与VO相对位置越近,阻变材料趋于稳定的收敛速度越快,形成能越小.不同IntAl浓度对含有VO缺陷的HfO_2超胞的影响结果显示,当掺杂Int-Al浓度为4.04%时,分波电荷态密度图能够形成相对较好的电荷通道,最大等势面和临界等势面值均为最高,有利于改善HfO_2阻变材料中导电细丝形成的一致性和均匀性;形成能计算结果显示,当Int-Al浓度低于4.04%时形成能变化缓慢,当高于4.04%时则异常增大,表明缺陷体系随Int-Al浓度增大越来越难以形成;进一步研究掺杂Int-Al浓度为4.04%时晶格结构的变化,结果显示缺陷形成能显著降低,有利于形成完美的导电通道.该研究为改善基于HfO_2阻变存储材料的性能有一定的借鉴意义.     

位错形态与GaN外延薄膜电阻率之间的关系

利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）,通过改变生长过程中成核层退火阶段的反应室压力,在蓝宝石衬底上制得了不同阻值的GaN外延薄膜。利用原子力显微镜（AFM）、X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）对所生长的GaN薄膜的表面形貌、位错密度和位错形态进行了研究。结果表明,GaN的电阻率与位错形态之间存在密切联系,由此建立了模型来解释两者之间的关系。由于刃型位错附近存在负电荷,因此可为电子提供传导通道。在低阻GaN中,绝大多数位错发生弯曲和相互作用,在平行于基底方向上形成负电荷的导通通道,GaN薄膜的电导率较高。在高阻GaN中,位错生长方向垂直于基底,负电荷很难在平行于基片方向上传导,GaN薄膜的电导率很低,由此得到高阻GaN。     

In组分梯度渐变的n-i-p结构InGaN太阳能电池性能研究

为了优化InGaN太阳能电池结构并有效地指导实际电池的制备,研究了n-i-p(p层在下)In组分梯度渐变结构的InGaN太阳能电池的性能特征。通过APSYS软件模拟计算,对比采用p-i-n渐变结构(p层在上)和n-i-p渐变结构(p层在下)的InGaN太阳能电池的器件性能。结果表明,采用n-i-p渐变结构的InGaN电池,i-InGaN层在低In组分下没有明显的优势,而在高In组分下的器件性能较好。在In组分为0.62时,转换效率最高达到8.48%。分析表明,p层在下的n-i-p渐变结构使得InGaN电池的极化电场与耗尽区的内建电场方向一致,有利于载流子的输运。采用n-i-p渐变结构有利于制备高性能的InGaN太阳能电池。