InN的光致发光特性研究

研究了利用金属有机化学气相淀积生长的氮化铟薄膜的光致发光特性. 由于氮化铟本身具有很高的背景载流子浓度, 费米能级在导带之上, 通过能带关系图以及相关公式拟合光致发光图谱可以得到生长的氮化铟的带隙为0.67 eV, 并且可以计算出相应的载流子浓度为n=5.4×10¹⁸ cm^-3, 从而找到了一种联系光致发光谱与载流子浓度两者的方法. 另外通过测量变温条件下氮化铟的发光特性, 研究了发光峰位以及发光强度随温度的变化关系, 发现光致发光强度随温度的升高逐渐降低, 发光峰位随温度的升高只是红移, 并没有出现"S"形的非单调变化, 这种差异可能是由于光致发光谱的半高宽过高导致, 同时也可能与载流子浓度以及内建电场强度有关. 关键词： 氮化铟 金属有机化学气相淀积 光致发光 载流子浓度     

InN薄膜的氧化特性研究

研究了InN薄膜在不同氧气氛中的氧化特性. 研究表明，在400 ℃以下，InN薄膜很难被氧化，而金属In很容易被氧化. 因此富In的InN薄膜的氧化在400 ℃以下主要是金属In的氧化，在400 ℃以上为金属In和InN的同时被氧化. 在400 ℃以上的氧化过程中，InN的表观氧化速率非常慢，这可能和InN的高温分解有关. InN的湿氧和干氧氧化结果说明湿氧氧化速率比干氧快. 关键词： InN 氧化铟 氧化 X射线衍射     

半导体氮化铟(InN)的晶格振动

本文总结了新型半导体InN薄膜晶格振动研究的现状，主要为Raman散射光谱及部分红外光谱的研究结果。重点内容为InN(包括六方纤锌矿结构和立方闪锌矿结构)的布里渊区中心(Γ点)声子结构、电子激发态(等离子激元)与纵光学声子耦合、无序化激发模和晶格振动模的温度、应力效应等，也涉及部分和InN有关的氮化物合金以及超晶格、量子阱和量子点等结构的晶格振动研究。同时对相关材料和结构的Raman光谱研究作了一些展望。     

半导体氮化铟(InN)的电学性质

本文总结了近年来半导体InN薄膜材料(主要是六方纤锌矿结构的InN及异质结构)的电学性质研究进展,重点内容为InN的载流子浓度和迁移率,造成InN中高电子浓度现象的施主分析、载流子输运特性及表面、界面特性等。同时也涉及了部分立方闪锌矿结构InN的电学特性和InN在器件(主要是高电子迁移率晶体管器件)上的潜在应用。     

半导体氮化铟(InN)的晶格振动

本文总结了新型半导体InN薄膜晶格振动研究的现状,主要为Raman散射光谱及部分红外光谱的研究结果。重点内容为InN(包括六方纤锌矿结构和立方闪锌矿结构)的布里渊区中心(Γ点)声子结构、电子激发态(等离子激元)与纵光学声子耦合、无序化激发模和晶格振动模的温度、应力效应等,也涉及部分和InN有关的氮化物合金以及超晶格、量子阱和量子点等结构的晶格振动研究。同时对相关材料和结构的Raman光谱研究作了一些展望。     

六方InN薄膜的载流子输运特性研究

关键词：     

氮气流量对磁控溅射InN薄膜特性的影响

采用射频磁控溅射法在蓝宝石衬底上制备了InN薄膜. 研究了N2流量对InN薄膜的晶体结构、表面形貌、光学和电学特性的影响. X射线衍射(XRD)测试结果显示,InN呈六方纤锌矿结构,具有明显(002)择优取向;SEM与AFM图像显示InN薄膜均匀致密,低N2流量下随流量增加,表面逐渐趋于光滑平整,过高的N2流量使薄膜生长方式发生改变;通过检测薄膜吸收特性,利用线性外推法计算禁带宽度为1.81~1.96 eV;电学测试结果表明,制备的薄膜样品均呈现n型导电特性,且迁移率较低,最大为12.2 cm2/v∙s;载流子浓度较高,保持在1021 cm-3数量级;电阻率较小,范围是0.202~0.33 mΩ∙cm.     

InN量子点的液滴外延及物性表征

由于1. 55μm波段广泛应用于通信领域,为了探索不同生长温度对InN量子点的形貌影响,并且实现自组装InN量子点在1. 55μm通信波段的发光,对InN量子点的液滴外延及物性进行了相关研究。首先利用射频等离子体辅助分子束外延(PA-MBE)技术在GaN模板上,采用液滴外延方法在3种温度下生长了InN量子点结构。生长过程中靠反射高能电子衍射(RHEED)对样品进行原位监控。原子力显微镜(AFM)表征结果表明随着生长温度升高,量子点尺寸变大,密度减小。在生长温度350℃和400℃下,观测到了量子点;当温度高于450℃时,未观测到InN量子点。当生长温度为400℃时,量子点形貌最好,密度为6×10~8/cm~2,对400℃下生长的InN量子点进行了变温PL测试,成功得到InN量子点在1. 55μm波段附近的光致发光,并且随着测试温度的升高,量子点的发光峰位发生了先红移后蓝移最后又红移的S型曲线变化,这种量子点有望在未来应用于量子通信领域。     

半导体氮化铟(InN)的电学性质

本文总结了近年来半导体InN薄膜材料(主要是六方纤锌矿结构的InN及异质结构)的电学性质研究进展,重点内容为InN的载流子浓度和迁移率,造成InN中高电子浓度现象的施主分析、载流子输运特性及表面、界面特性等。同时也涉及了部分立方闪锌矿结构InN的电学特性和InN在器件(主要是高电子迁移率晶体管器件)上的潜在应用。     

GaN半导体中InN量子点的结构性质

采用第一性原理模拟计算纤锌矿结构GaN半导体中InN量子点的结构性质。建立64和128个原子的超原胞量子点模型,进行结构优化以获得稳定的吻合实际的系统,并模拟分析电子结构。从态密度空间分布图看到不同轴向的量子势阱形状各异、深度不一,说明量子点的限域效应存在着各向异性的特点。c轴极化方向引起量子点结构带边的弯曲形状与传统的量子阱结构不同,使得电子空穴没有发生空间分离,有利于电子空穴的跃迁几率的提高。     

MOCVD生长的InN薄膜中In分凝现象

利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)方法不同生长条件下在c面蓝宝石衬底上制备了InN薄膜,通过不同的物理表征手段研究了InN薄膜的物理性质,结果表明:合适的生长温度可以抑制InN薄膜表面分凝现象。研究认为较低的生长温度使作为N源的NH3分解率较低,In—N的成键可能性小,导致In在表面聚集出现分凝;而较高生长温度时,InN薄膜中In—N键能较小,易发生断裂,反应活性较强的N和H原子逸离薄膜表面,In滞留在薄膜表面也导致In分凝现象的出现。相对于表面分凝的样品,未出现表面分凝的样品的薄膜晶体质量和表面形貌也得到了提高。同时,通过Raman散射谱研究了晶格振动E2声子模的应力效应。     

高压下闪锌矿InN光电性质的密度泛函研究

 采用密度泛函理论,计算了闪锌矿型InN在压力下的结构、力学性质和光学性质,结果显示,随着压强的增大晶格常数减小。给出了零压下C₁₁、C₁₂、B、C_s、C₄₄的值及至70 GPa压力下弹性常数随压强的变化关系。结果表明,C₁₁、C₁₂、B随压强增大而增大,C_s、C₄₄随压强增大而减小,计算结果与现有实验和理论结果符合较好。在价带区,InN的分态密度（PDOS）有两个带,且在费米面附近密度很小,显示其倾向于形成稳定结构并且导电性较差。对闪锌矿型InN在高压下的光学性质研究发现,导带电子向高能方向偏移,而价带电子向低能方向偏移,结果导致能带间隙增大,光吸收谱在压力的作用发生了“蓝移”。研究结果对认识高压下闪锌矿型InN的结构、电学及光学性质具有重要意义。     

InN纳米线的低压化学气相沉积及其场发射特性研究

利用低压化学气相沉积方法在以Au作催化剂的Si衬底上生长了InN纳米线. 扫描电子显微镜分析表明，这些纳米线的直径在60—100 nm的范围内, 而其长度大于1 μm.高分辨透射电子显微镜图像表明，合成的纳米线中含有六方相和立方相的InN晶体.这些InN纳米线具有良好的场发射特性和稳定的场发射电流，其开启场为10.02 V/μm(电流密度为10 μA/cm²)，在24 V/μm 的电场下，其电流密度达到5.5 mA/cm².此外，对InN纳米线的场发射机理也进行了讨论. 关键词： InN纳米线 场电子发射 非线性Fower-Nordheim曲线     

Growth and Characterization of InN Thin Films on Sapphire by MOCVD

Indium nitride thin films are grown on sapphire substrates by metal-organic chemical vapour deposition （MOCVD） By employing three-step layer buffers, the mirror-like layers on two-inch sapphire wafers have been obtained. The structural, optical and electrical characteristics of InN are investigated by x-ray diffraction, scanning electron microscopy, atomic force microscopy, photoluminescence and infrared optical absorption. The photoluminescence and the absorption studies of the materials reveal a marked energy bandgap structure around 0.70eV at room temperature. The room-temperature Hall mobility and carrier concentration of the film are typically 939 cm^2 /Vs, and 3.9 × 1018cm^-3, respectively.     

InN分凝的InGaN薄膜的光致发光与吸收谱

我们用低压MOCVD在蓝宝石衬底生长了InGaN/GaN外延层.用X射线衍射(XRD),光致发光谱(PL),光吸收谱等测量手段,研究了InGaN的辐射发光机制.In组分利用Vegard定理和XRD测量得到.我们发现随着In组分的增加,在光吸收谱上发现吸收边的红移和较宽的Urbach带尾;PL谱中低能端的发射渐渐成为主导,并且在PL激发谱中InGaN峰也变宽.我们认为压电效应改变了InGaN的能带结构,从而影响了光学吸收特性.而在InN量子点中的辐射复合则是InGaN层发光的起源.     

MOCVD生长的InGaN薄膜中InN分凝的研究

利用X射线衍射(XRD)技术测量了MOCVD生长的InGaN薄膜中的InN分凝量.利用Vegard定理和XRD 2θ扫描测得实验的InGaN薄膜的In组分为0.1～0.34.通过测量XRD摇摆曲线的InN(0002)和InGaN(0002)的积分强度之比测得InN在InGaN中的含量为0.0684%～2.6396%.根据XRD理论,计算出InN和InGaN的理论衍射强度.InN含量在所有样品中均小于3%,这表明样品的相分离度比较低.还发现InN在InGaN薄膜中的含量与氮气载气流量和反应室气压明显相关.     

AlN/InN和AlN/GaN超晶格能带结构研究

利用Krönig-Penney 模型和形变势理论,从理论上探讨了纤锌矿型AlN/InN和AlN/GaN超晶格系统的能带结构及不同应变模式对能带结构的影响,计算得到了能带结构随各亚层参量变化的一般性规律、超晶格的能量色散关系、应变造成的影响以及不同亚层厚度的系统禁带宽度和导带第一子禁带宽度.研究发现,通过改变亚层厚度可以从不同形式设计能带结构,应变会改变系统禁带宽度,使带阶和子能带明显窄化,价带结构趋于复杂甚至生成准能带结构.与实验结果对比后发现,该模型适于模拟窄势阱结构超晶格,而对于宽势阱则必须 关键词： AlN/InN和AlN/GaN超晶格 Krönig-Penney模型 应变 子能带     

Z型InN/SnS2范德华异质结增强光催化水分解

寻找高效的光催化剂分解水制氢是解决能源危机和环境问题的有效途径之一.基于第一性原理,对InN/SnS₂异质结的几何结构、电子结构和光催化水分解性能进行研究.结果表明InN/SnS₂异质结是具有的Ⅱ型能带排列半导体材料可以有效地分离电子空穴对.在光激发下,较小的带隙以及合适的内建电场使得光生载流子迁移路径成“Z”字型,这保留了InN/SnS₂异质结强氧化还原能力.光生电子在InN的导带底累积并发生析氢反应,而积累在SnS₂上的光生空穴使析氧反应自发发生.它们的带边位置都跨越了水的氧化还原电位,证明能够实现水的完全分解.因此,InN/SnS₂异质结有希望成为高效光解水催化剂.     

原子层沉积的超薄InN强化量子点太阳能电池的界面输运

量子点敏化太阳能电池具有重要的潜在应用,但仍存在界面输运、稳定性和效率改善的挑战.本文采用等离子增强原子层沉积技术在低温下(170—230℃)制备了InN,并将其插入至CdSeTe基量子点太阳能电池光阳极的FTO/TiO2界面处,进行了原子层沉积窗口和电池性能改善的物理机理研究.结果表明,引入InN超薄层后的电池效率整体有明显提升,并且促进了电子的输运,填充因子明显增加.同时,加速了电子抽取、转移和分离,降低了电荷复合的可能性.对插入的InN沉积温度和厚度对电池性能的影响进行了深入分析,并对背后的物理机理进行了讨论.     

厚度对MOCVD生长InN薄膜位错特性与光电性质的影响

研究了金属有机物化学气相沉积法制备的不同厚度InN薄膜的位错特性与光电性质.基于马赛克微晶模型,通过X射线衍射非对称面摇摆曲线测量,拟合出样品刃型位错密度分别为4.2×10¹⁰cm^-2和6.3×10¹⁰cm^-2,并发现样品的微晶扭转角与位错密度随薄膜厚度增加而减小.通过室温霍尔效应测量得到样品载流子浓度分别为9×10¹⁸cm^-3和1.2×10¹⁸cm关键词： 氮化铟 位错 载流子起源 局域态