MOCVD生长的未掺杂GaN的结晶特性与补偿度关系的研究

对本实验室用ＭＯＣＶＤ方法生长的未故意掺杂的ＧａＮ单晶膜进行了结晶性能、电学性能研究。结果表明,室温时ＧａＮ的Ｘ射线双晶衍射半高宽与其补偿度有较强的依赖关系。高补偿的ＧａＮ的Ｘ射线双晶衍射半高宽较宽。低补偿的ＧａＮ的Ｘ射线双晶衍射半高宽较窄。     

MOCVD生长GaN:Si单晶膜的研究

获得高质量的ｎ型ＧａＮ单晶膜是制作ＧａＮ基光电子器件的关键之一。采用立式ＭＯＣＶＤ系统生长ＧａＮ：Ｓｉ单晶膜,通过优化生长工艺,获得了电子载流于浓度高达２ ×１０１９ｃｍ－３,迁移率达１２０ｃｍ２／Ｖ·ｓ的ｎ型ＧａＮ：Ｓｉ单晶膜;并有效地抑制了ＧａＮ中由深能级引起的黄带发射,大大提高带边发光强度。研究结果还表明：随着Ｓ掺杂量的增大,ＧａＮ：Ｓｉ单晶膜的电子载流于浓度增加,迁移率下降,Ｘ光双晶衍射峰半高宽增大。首次报道了随掺Ｓ量增大,ＧａＮ：Ｓｉ单晶膜的生长速率显著下降的现象。     

GaN的补偿度与离子束沟道最小产额比的关系的研究

用ＲＢＳ／沟道技术对ＭＯＣＶＤ生长的未故意掺杂的ＧａＮ的结构性能进行了测试，同时用霍耳方法测试了样品的电学性能。结果表明：ＧａＮ薄膜的背散射沟道说与随机谱之比Ｘｍｉｎ和其补偿度存在一定的依赖关系。补偿度小的样品，其Ｘｍｉｎ小；随着样品补偿度的增大，Ｘｍｉｎ也逐渐增大；但它们之间的知系变化是非线性的。对这些结果给予了一定的解释。     

MOCVD生长GaN中带尾和激子发光特性研究

采用低压ＭＯＣＶＤ生长技术制备ＧａＮ对其介面附近的发光特性及其温度行为进行了研究，实验表明界面附近ＧａＮ的发光呈一宽带发射，并对叠加于宽带发射上的尖锐发光峰及其温度行为进行了讨论。     

GaN外延层中的缺陷对光学性质的影响

用金属有机化合物气相外延（ＭＯＶＥＰ）方法生长具有不同表面形貌的非掺杂ＧａＮ，并对部分样品的外延层表面进行镜面加工．用阴极射线发光、光散射和拉曼散射方法观察ＧａＮ中深能级发光、缺陷散射光分布和拉曼散射光频移．结果表明，缺陷不但影响ＧａＮ的发光和光散射，而且影响拉曼频移     

分子束外延高Mg掺杂GaN的发光特性

采用分子束外延技术在蓝宝石衬底上制备Ｍｇ掺杂的立方相ｐ－ＧａＮ,并对其不同温度下的光致发光光谱进行了研究．实验观察到高Ｍｇ掺杂ＧａＮ中施主受主对发光的反常温度行为．理论分析表明,高Ｍｇ掺杂ＧａＮ中施主受主对的发光受到陷阱与受主间竞争俘获非平衡空穴过程和空穴隧穿输运过程的影响．     

用MOCVD技术在Al2O3衬底上外延GaN的光致发光研究

本文通过变温和变激发强度的光致发光研究了用ＭＯＣＶＤ在Ａｌ２Ｏ３上生长ＧａＮ单晶薄膜的带边发射，通过分峰拟合得到Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ四个谱峰，其中半峰宽分别为１３．８ｍｅＶ，１０．８ｍｅＶ，１５．６ｍｅＶ，和５０ｍｅＶ。Ａ对应自由激子谱，Ｂ，Ｃ为两种束缚激子的跃迁，Ｄ与氧杂质谱有关。     

白光LED用新型Ce,Pr掺杂的YAG单晶荧光材料的光谱性能研究

为了改善白光LED用荧光材料效率低、均匀性差、光衰大、寿命短及物化性能差等不足,本文采用单晶荧光材料取代荧光粉来制备白光LED,并对白光LED用新型YAG单晶荧光材料的制备和光谱性能进行了研究.采用提拉法生长了白光LED用Ce∶YAG及Pr,Ce∶YAG晶体,并通过吸收光谱,激发、发射光谱对晶体材料的光谱特性进行表征.研究表明,Ce∶YAG单晶荧光材料可以被发射波长460 nm左右的蓝光芯片有效激发,产生一个范围为480~650 nm宽峰发射.通过Pr3+,Ce3+离子共掺杂可以有效补偿Ce3+离子单掺杂YAG荧光材料发光中的红色发光成分.     

In0.49Ga0.51P中缺陷的俘获行为

利用深能级瞬态谱（ＤＬＴＳ）和瞬态光电阻率谱（ＴＰＲＳ）研究了利用金属有机物化学汽相沉淀（ＭＯＣＶＤ）生长的未有意掺杂的Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ中缺陷对载流子的俘获过程和发射过程．利用ＤＬＴＳ测量观测到了一个激活能为０．３７ｅＶ的缺陷,该缺陷的俘获势垒值介于１８０ｍｅＶ到２４０ｍｅＶ之间．该缺陷的俘获势垒值的大的分布被解释为缺陷周围原子重组的微观波动．在研究中发现研究这些缺陷的俘获过程比发射过程更有效,俘获势垒为０．０６ｅＶ和０．４０ｅＶ的两个缺陷在俘获过程中被观测到,而在发射过程中并没有观测到     

ZnSe:Al发光光谱的研究

本文用热扩散的方法在Zn饱和蒸气压下,把Al掺杂到高纯ZnSe单晶中,通过77K下的光致发光光谱研究了Al杂质的发光行为,讨论了施主一受主对发射强度、自激活中心发射强度随掺杂温度的变化规律以及与Zn饱和蒸气压的关系.本文首次报道了在300℃～900℃温度范围内进行Al掺杂的ZnSe的发光规律.     

GaN薄膜的蓝光和红光发射机理研究

由于生长工艺的不完善，非掺杂GaN薄膜中通常存在未知的杂质和缺陷，产生与这些未知杂质和缺陷能级相关的发光。报道了非掺杂GaN薄膜的692nm红色发光．并研究了非掺杂GaN薄膜的蓝、红色发光的发射机理；利用作者提出的吸收归一化光致发光激发光谱，直接测量出了非掺杂GaN薄膜的蓝、红色发光的初始态能级，确定蓝色发光为施主-价带跃迁复合，而红色发光为施主-受主跃迁复合；给出了黄、蓝、红光的发射模型。所取得的结果对于确定未知杂质和缺陷的种类具有重要的参考价值。     

Carrier dynamics in GaN at extremely low excited carrier densities

Carrier dynamics in GaN was studied using fluorescence lifetime measurement in the frequency domain technique in the temperature range from 8 to 300 K at very low and very high excitation levels. The study was performed in a high-quality GaN epilayer exhibiting a room-temperature nonequilibrium carrier lifetime of 2 ns, which was determined by a light-induced transient grating (four-wave mixing) technique. The results reveal the roles of donor–acceptor pair recombination and conduction band–acceptor recombination in yellow luminescence band formation.     

MOVPE 生长GaN薄膜的 光致黄带发光与激发光源的相关性

用四种不同光源作为激发光源,研究了蓝宝石衬底金属有机物汽相外延方法生长的氮化镓薄膜的光致发光特性。结果发现用连续光作为激发光源时,光致发光谱中除出现365 nm的带边发射峰外,同时观察到中心波长位于约550 nm 的较宽黄带发光;而用脉冲光作为激发光源时其发光光谱主要是365 nm附近的带边发光峰,未观察到黄带发光。氮化镓薄膜的光致发光特性依赖于所用的激发光源性质。     

Comparative Analysis of Temperature-dependent Raman Spectra of GaN and GaN/Mg Films

The Raman spectra of unintentionally doped gallium nitride (GaN) and Mg-doped GaN films were investigated and compared at room temperature and low temperature. The differences of E₂ and A₁(LO) mode in two samples are discussed. Stress relaxation is observed in Mg-doped GaN, and it is suggested that Mg-induced misfit dislocation and electron–phonon interaction are the possible origins. A peak at 247 cm^?1 is observed in both the Raman spectra of GaN and Mg-doped GaN. Temperature-dependent Raman scattering experiment of Mg-doped GaN shows the frequency and intensity changes of this peak with temperature. This peak is attributed to the defect-induced vibrational mode.     

Y掺杂Si纳米线的光致发光特性

以n型单晶Si(111)为衬底,利用Au作为催化剂,在温度、N₂流量和生长时间分别为1 100 ℃,1.5 L·min-1和60 min的条件下,基于固-液-固生长机制,生长了直径为60～80 nm、长度为数十微米的高密度Si纳米线。随后,以Y₂O₃粉末为掺杂源,采用高温扩散方法对Si纳米线进行了钇(Y)掺杂。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和荧光分光光度计对不同掺杂温度(900～1 200 ℃)、掺杂时间(15～60 min)和N₂流量(0～400 sccm)等工艺条件下制备的Y掺杂Si纳米线的形貌、成分、结晶取向以及激发光谱和发射光谱特性进行了详细的测量和表征。结果表明,在掺杂温度为1 100 ℃,N₂流量为200 sccm、掺杂时间为30 min和激发波长为214 nm时,Y掺杂Si纳米线样品表现出较好的发光特性。样品分别在470～500和560～600 nm范围内出现了两条发光谱带。560～600 nm的发光带由两个发光峰组成,峰位分别为573.6和583.8 nm,通过结构分析可以推测,这两个发光峰是由Y3+在Si纳米线的带隙中引入的杂质能级引起的。而470～500 nm较宽的发光带同样来源于Y离子在Si纳米线带隙中引入的与非晶SiO_x壳层中氧空位能级十分接近的杂质能级。     

激光分子束外延方法生长的ZnO薄膜的发光特性

研究了不同温度和不同光激发强度下激光分子束外延方法生长的ZnO薄膜样品的发光性能,发现YAG脉冲激光激发,强度超过一定值时会在长波方向上出现一个新的发光峰,此峰可能起源于电子-空穴的复合。室温下氙灯激发的光谱中可以看到峰值位于381nm的近带边紫外发射峰和位于450nm的强的蓝绿带发射,根据光致发光激发光谱的特征给出了一个简单的蓝光发射模型。对比YAG脉冲激光激发和氙灯激发得到的实验光谱,我们认为不同的光谱特征和样品发光的激发机制有关,紫外峰发射需激发强度超过一定值才能观察到,而蓝带发射则在一定的激发强度下迅速饱和。     

YAG:Ce蓝光转换材料的合成和发光性质研究

铈激活的钇铝石榴石(YAG:Ce)由高温固相反应制备.样品证明为纯的的石榴石物相.YAG:Ce的激发光谱为双峰结构,主要激发峰在460nm,与GaN的蓝光发射匹配.YAG:Ce的发射光谱为一宽带,波长范围从蓝绿到红,主峰波长为540nm,能与GaN的蓝光组合形成高亮度白光.YAG:Ce在漫反射光谱中的的两个吸收峰与YAG:Ce的激发峰相吻合,进一步证明了铈激活的YAG对GaN蓝光的有效吸收.YAG:Ce有很高的发光强度和高达89%的量子效率.     

Rare-earth doped III-nitride semiconductors for semiconductor spintronics

InGaGdN layers and InGaGdN/GaN superlattice (SL) structures were grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy. InGaGdN layers exhibited photoluminescence emission at room temperature and its peak wavelength was red-shifted with the increase of In composition. Clear hysteresis and saturation were observed in the magnetization versus magnetic field curves at room temperature for the InGaGdN layers. Si co-doping into InGaGdN layers increased the electron carrier concentration and enhanced the magnetization. In the InGaGdN/GaN SL samples, enhanced magnetization was also observed. Si doping into wide bandgap GaN layers in these SL structures further increased the magnetization, where InGaGdN layers were not doped with Si. All these results can be understood with the carrier-mediated ferromagnetism.     

Carrier recombination under one-photon and two-photon excitation in GaN epilayers

Luminescence properties of 100-mum thick GaN epilayers grown by hydride vapor phase epitaxy (HVPE) over three different substrates: high-pressure grown n-type bulk GaN (HP-n-GaN), high-pressure bulk GaN doped with magnesium (HP-GaN:Mg), and free-standing HVPE lifted-off from sapphire (FS-HVPE-GaN), were compared by means of one-photon and two-photon excitations. The contribution of carrier capture to nonradiative traps was estimated by the analysis of luminescence transients with carrier diffusion taken into account. The estimated values of carrier lifetime of about 3ns and diffusion coefficient of 1cm(2)/s indicate the highest quality of GaN epilayers on FS-HVPE-GaN substrates.     

SiC衬底上外延GaN:Mg材料特性研究

利用扫描电子显微镜、拉曼散射光谱和光致发光谱对在SiC衬底上采用MOCVD异质外延的GaN:Mg薄膜特性进行研究发现：除了一部分Mg原子替代Ga原子呈现受主性外，大部分Mg原子以间隙原子状态（Mg_i）存在，并且在缺陷或者位错处大量聚集引起薄膜张力应力减小，薄膜在降温过程中由于应力不均匀会在部分区域内出现大量的裂纹；Mg的掺杂会加剧GaN无序化程度，致使薄膜质量变差；而室温下的PL谱测量表明蓝带发光由DAP（深施主—浅受主）复合引起，其中D为Mg_GaV_{N 关键词： GaN∶Mg 异质外延 扫描电子显微镜 拉曼散射 光致发光谱}