激发功率密度和阱层厚度对极化InGaN/GaN多量子阱光致发光性能的影响

用MOCVD技术在c面蓝宝石衬底上生长了具有不同阱层厚度的InGaN/GaN多量子阱结构,研究了阱层厚度和激发功率密度对多量子阱光致发光(PL)性能的影响.结果表明,随着激发功率密度的增加,PL的峰值波长会出现不同程度的蓝移,且阱层越厚,蓝移的越明显.PL的峰值波长随着激发功率密度和阱厚的变化关系可以用光生载流子对极化场的屏蔽效应和带隙填充效应来解释.阱最薄的样品(1.8 nm)由于其极化效应最弱,电致发光谱具有最高的发光强度,但其发光波长较短仅有430 nm.     

非极性GaN薄膜及其衬底材料

本文分析了在不同衬底上生长无极性GaN薄膜的情况,这些衬底主要包括γ-LiAlO2、r面蓝宝石等.通常在蓝宝石上制备的GaN外延膜是沿c轴生长的,而c轴是GaN的极性轴,导致GaN基器件有源层量子阱中出现很强的内建电场,发光效率会因此降低,发展非极性面外延,有望克服这一物理现象,使发光效率提高.     

MOCVD法在蓝宝石衬底上生长GaN薄膜的性能研究

本文采用MOCVD法分别在a面和c面蓝宝石衬底上生长出7层InGaN/GaN多量子阱结构的GaN薄膜,采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱仪、吸收光谱等手段对样品进行表征.分析表明:a面蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜(样品A)的FWHM为781.2 arcsec,c面蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜(样品B)的FWHM为979.2 arcsec.样品A和样品B中存在的压应力分别为0.8523 GPa和1.2714 GPa,薄膜的能带宽度(理论值为3.4 eV)分别为3.38 eV和3.37 eV.以上数据表明a面蓝宝石衬底上生长出来GaN薄膜的结晶质量较好,光学性能更优异.     

TMIn流量对GaN基蓝光LED外延薄膜的影响

以蓝宝石(Al2O3)为衬底,采用有机金属化学气相沉积(MOCVD)技术生长InGaN/GaN多量子阱结构.本文通过调整外延生长过程中三甲基铟(TMIn)流量,研究了TMIn流量对InGaN/GaN多量子阱结构的合金组分、晶体质量和光学性质的影响.本文采用高分辨X射线衍射(HRXRD)、原子力显微镜(AFM)和光致发光(PL)测试表征其结构和光学性质.HRXRD测试结果表明,随TMIn流量增加,"0"级峰与GaN峰之间角偏离增大,更多的In并入薄膜中.HRXRD与AFM表征结果表明:增大TMIn流量会导致外延薄膜中的位错密度增大,V形坑数量增加,晶体质量严重恶化;PL测试结果表明,随着TMIn流量增加,发光强度逐渐降低,半高宽增大,这是由于晶体质量恶化所导致.因此严格控制铟源流量对于改善量子阱薄膜的晶体质量与光学性质有着至关重要的作用.     

Al2O3衬底上生长ZnO薄膜的结构和光学特性

用脉冲激光沉积法在Al2O3(0001)衬底上沉积了ZnO薄膜.衬底温度分别为300℃、400℃、500℃、600℃和700℃.利用X射线衍射(XRD)和光致发光谱(PL)对薄膜的结构和光学性能进行研究.X射线衍射的结果表明在不同温度下生长的ZnO薄膜均具有高度c轴择优取向,衬底温度400℃时,膜的应力较小质量较高.ZnO薄膜有很强的紫外发光峰,紫外发光峰的强度与衬底温度密切相关,并发现当衬底温度从300℃增到400℃时,紫外发射峰出现6nm的蓝移.     

裂纹对Si衬底GaN基LED薄膜应力状态的影响

本文通过XRD和PL等分析方法研究了在Si衬底生长的GaN基LED外延薄膜n型GaN层和InGaN阱层的应力状态,以及裂纹对其应力状态的影响.XRD结果表明:在Si衬底生长的GaN基LED外延薄膜n型GaN层受到张应力,在受到一定的外加应力后会以裂纹及裂纹增生的方式释放.随着裂纹数量的增加,n型GaN层受到的张应力逐渐减小,但仍处于张应力状态;n型GaN层张应力的减小使得InGaN阱层受到的压应力增大.PL分析进一步表明:InGaN阱层受到的压应力增大使得量子限制Stark效应更加明显,禁带宽度减小,发光波长表现为红移.     

衬底温度对PLD方法制备的ZnO薄膜的光学和电学特性的影响

利用脉冲激光沉积法(PLD)在c面蓝宝石衬底上制备了ZnO薄膜并对其进行了X射线衍射(XRD)、反射式高能电子衍射(RHEED)、光致发光(PL)谱和霍尔(Hall)测试.RHEED和XRD分析表明,温度在350℃至550℃之间时,ZnO薄膜的结晶质量随着衬底温度的升高而提高,当衬底温度进一步升高后,ZnO薄膜的结晶质量开始下降.四个样品中,衬底温度为550℃的样品具有最清晰的规则点状RHEED图像和半高宽最窄的(0002)衍射峰.PL谱和Hall测量的结果表明,衬底温度为550℃的样品还具有最好的发光性质和最大的霍尔迁移率.     

InGaN/GaN微米阵列结构的生长及发光性能研究

采用金属有机化学气相外延技术,在图形化蓝宝石衬底上通过选区外延可控生长了三种不同形貌的InGaN/GaN微米阵列结构,阵列尺寸均为6 μm。其中,六方片状阵列结构以(0001)c面为主,高度为0.6 μm;六棱台状阵列结构包括一个(0001)c面和六个等效的(10-11)半极性面,高度为1.2 μm;六棱锥状阵列结构以(10-11)半极性面为主,高度为5 μm。采用微区光致发光光谱仪对InGaN/GaN微米阵列结构进行发光性能表征,结果表明不同形貌的InGaN/GaN微米阵列结构都可实现多波长发射;阴极荧光光谱结果表明六棱台状InGaN/GaN阵列结构不同晶面位置处发射的波长明显不同,这主要是由于表面迁移效应和横向气相扩散导致各个位置的In组分不同。InGaN/GaN微米阵列结构的成功制备对实现多彩发射和新型光电子器件设计具有重要意义。     

四足棒球棒状ZnO纳/微米材料的制备及其生长机理的研究

采用简单的碳热蒸发法在硅衬底上制备了四足棒球棒状ZnO纳/微米材料,结合光致发光谱(PL)、阴极射线发光谱(CL)、XRD谱、SEM以及TEM等分析了该材料的结构和发光特性.结果表明,制备的单晶ZnO纳/微米材料具有纤锌矿结构,并且沿着c轴方向择优生长;每个纳/微米结构有四个足,每个足的直径约为0.2～1.5 μm,长度约为3 ～10 μm;室温光致发光谱中包含一个384 nm附近的较弱的近紫外发光峰和一个519 nm附近的较强的绿色发光峰;在单个四足状ZnO纳/微米结构不同位置获得的阴极射线发光谱也被用于对比分析.最后讨论了Ni缓冲层的作用及ZnO四足棒球棒状的生长机理.     

MOCVD外延生长原位光致发光谱测量方法

为了实现MOCVD外延生长过程中的PL谱原位测量.利用经过特殊改造的M680红外测温石英光学探针、分支石英光纤、半导体激光器、光谱仪、OD值为6的单波陷波滤光片,在THOMAS SWAN CCS型MOCVD反应室上实现了Si(111)衬底GaN基InGaN/GaN MQW外延生长过程原位PL谱测量.研究结果表明:该原位PL谱测量系统,能够实现激发光的导人、PL谱信号的收集、反射激光及杂散光的过滤;当温度降低至600℃以下时,MOCVD反应室内红外辐射对PL测量的影响可以忽略;该原位PL谱测量方法可推广至Al2O3衬底外延生长.该研究可为MOCVD原位PL谱测量设备开发提供参考.