气相反应法制备GaN纳米线

用简单化学反应的方法,采用非空间限制的条件,成功地在LaAlO3衬底上制备了GaN纳米线.分别用X射线粉末衍射、场发射扫描电镜和高分辩电镜等对其成分、形貌及其结构进行了表征.制备的GaN纳米线直径大部分为10～50nm,且多呈平直光滑状态;纳米线的成分为六方晶系氮化镓晶体.     

一维GaN纳米线蓝色激光

作为一种化合物半导体材料 ,ＧａＮ材料具有许多硅基半导体材料所不具备的优异性能 ,包括能够满足大功率、高温高频和高速半导体器件的工作要求。其中ＧａＮ区别于第一和第二代半导体材料最重要的物理特点是具有更宽的禁带 (室温下为 3.4ｅＶ) ,可以发射波长比红光更短的蓝光。图 1　ＧａＮ纳米激光的近场显微镜照片ＧａＮ半导体材料的商业应用研究开始于 1970年 ,其在高频和高温条件下能够激发蓝光的独特性质从一开始就引起了半导体开发人员的极大兴趣。但是ＧａＮ的生长技术和器件制造工艺直到近几年才取得了实质性进步。 1992年 ,日本Ｎ…     

低温GaN插入层对AlGaN/GaN二维电子气特性的改善

利用低压MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长了AlGaN/GaN二维电子气(2DEG)材料,在GaN生长中插入一层低温GaN,并研究了低温GaN插入层对二维电子气输运特性的影响.使用原子力显微镜(AFM)和非接触霍尔测试仪测量了材料的表面形貌和电学特性,发现低温GaN插入层可以改善材料表面平整度并使AlGaN/GaN 2DEG的电子迁移率有明显提高,GaN插入层温度为860℃的样品在室温下2DEG的电子迁移率达到2110 cm2/V·s.     

低温GaN形核层的形核速率对GaN外延薄膜晶体质量的影响

采用金属有机化学气相沉积方法系统研究了在蓝宝石衬底上低温GaN形核层的形核速率对GaN外延薄膜晶体质量的影响机理.利用高分辨X射线衍射仪、原子力显微镜、光致发光光谱和Hall测试仪表征材料的位错密度、表面形貌以及光、电学性能.研究结果表明随着形核速率的增加,GaN形核层更倾向于三维生长模式;当形核速率达到1.92(A)/s时退火后生成尺寸为100 nm宽、32 nm高的均匀形核岛,随后生长的未掺杂GaN外延薄膜层的螺型和刃型位错密度以及黄带峰强度达到最小值,并且其具有最高的载流子迁移率和最低的载流子浓度.     

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.     

纳米GaN固体的制备与表征

本研究工作以氯化氨作矿化剂,在350～450℃、15～50MPa的条件下,用氨基钠作为氮的前体,和金属镓反应合成了氮化镓晶体.用X射线衍射、透射电子显微镜、激光拉曼光谱、红外光谱等方法对产物进行表征,结果显示得到的晶体为六方纤锌矿结构,平均粒径为16nm,晶格参数a=0.3215nm,c=0.5223nm.晶体的完整性好、产率高,并探讨了可能的反应机理.     

蓝宝石基GaN薄膜热疲劳分析

首先建立了数值模型分析工作中LED芯片的界面剪应力,根据线性累积损伤理论、GaN薄膜和Al2O3衬底的S-N曲线及随季节变化的载荷谱,确定了GaN薄膜的疲劳损伤系数.分析了温度载荷、芯片尺寸、衬底和薄膜厚度对薄膜热疲劳的影响.GaN薄膜和Al2 O3衬底的S-N曲线为单对数线性关系.LED芯片应力谱分析表明夏季交变应力载荷最大,春秋次之,冬季最小.GaN薄膜剪应力数值和理论解相差6.3;,建立的数值模型可用于LED芯片疲劳寿命分析.LED芯片寿命主要由GaN薄膜决定.GaN薄膜的最大剪应力和疲劳损伤系数随薄膜厚度和温度载荷增加,与芯片尺寸和衬底厚度无关,衬底的疲劳损伤系数不随上述因素变化.数值模型预测LED芯片疲劳寿命接近标称的LED灯具寿命.     

高质量GaN薄膜的MOCVD同质外延生长

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术,在GaN自支撑衬底上同质外延生长了GaN薄膜,得到高质量的GaN外延薄膜.X射线衍射(XRD)结果显示其(002)面摇摆曲线半高宽小于100弧秒,原子力显微镜(AFM)照片上能看到连续的二维台阶流形貌,其表面粗糙度小于0.5nm,其位错密度低于106 cm3.     

半导体所研制出GaN基紫外激光器

正2016年12月14日,中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室研究员赵德刚团队研制出GaN基紫外激光器。GaN被称为第三代半导体,在光电子学和微电子学领域有广泛的应用,其中GaN基紫外激光器在紫外固化、紫外杀菌等领域有重要的应用价值,也是国际上的研究热点。GaN基紫外激光器技术     

GaN基三维结构生长与器件应用

目前,c面氮化镓(GaN)基发光二极管的制备技术已经十分成熟并取得了商业化成功,但仍面临极化电场导致的大电流密度下效率下降(Droop效应)和黄绿光波段效率低的问题.为消除极化电场的影响,人们开始关注半极性和非极性面GaN.其中,基于传统极性面衬底通过三维结构生长来获得半极性和非极性GaN的方法,由于其低成本和生长的灵活性,受到了广泛研究.本文首先总结了三种GaN三维结构的制备方法并分析其生长机理.接着,在此基础上介绍了不同晶面InGaN量子阱的外延生长和发光特性.最后,列举了GaN基三维结构在半极性面LED、颜色可调LED和无荧光粉白光发光二极管方面的应用.     

GaN微米片的制备及性能研究

通过采用化学气相沉积法(CVD),以金属Ga和NH3为原料,在Si (100)衬底和蓝宝石衬底上采用催化剂Ni合成了GaN微米片.利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X-ray能谱仪(EDS)、光致发光谱(PL)和霍尔效应测试仪(HMS-3000)对样品进行表征.结果表明,生成的微米片为六方纤锌矿结构的GaN;样品在360 nm处有一近带边紫外发射峰,在676 nm处有一个因缺陷引起的弱的红光发射峰;不同衬底上产物GaN的电学性能有所不同.最后,对本实验所得的GaN微米片的形成机理进行了分析.     

掺杂对GaN晶体力学性能影响的研究

对GaN单晶力学性能的研究有助于解决其在生长、加工和器件应用中的开裂问题。本文围绕掺杂对GaN单晶力学性能的影响,通过纳米压痕法测试了不同掺杂类型(非掺、Si掺和Fe掺)GaN单晶的弹性模量和硬度,测试结果表明掺杂对GaN单晶的硬度有重要影响。Si掺、Fe掺GaN较非掺样品硬度有所提升,用重掺杂的氨热GaN单晶作为对照,也证明了这一结论。通过高分辨X射线衍射分析和原子力显微镜表征实验发现,晶体结晶质量、接触面积等因素对GaN单晶硬度的影响较小。对GaN表面纳米压痕滑移带长度和晶体晶格常数进行测试,结果表明,掺杂影响GaN单晶硬度的主要原因是缺陷对GaN位错增殖、滑移的阻碍作用和掺杂引起的GaN晶格常数的变化。     

GaN基蓝绿光激光器发展现状与未来发展趋势

氮化镓(GaN)基蓝光和绿光激光器在投影显示、激光加工、激光照明、存储等领域具有重要的应用前景与广泛的市场需求.本文着重介绍了GaN基蓝光和绿光边发射激光器的技术难点和相应的解决方案.在GaN基蓝光与绿光激光器中,就制备高质量InGaN/GaN多量子阱、减少内部光学损耗、增加空穴注入效率等方面分别介绍了一些结构与工艺方面的优化方法.简要介绍了垂直腔面发射激光器(VCSEL)、分布式反馈激光器(DFB)的研究现状.     

LPE生长GaN的不同极性面的光学性质

极化效应会导致GaN基发光器件的效率降低,因此关于非极性和半极性GaN单晶的研究受到了广泛关注.为了进一步探究不同极性GaN的发光特性和杂质掺入的内在机理,本文利用钠助熔剂法侧向生长出的不同极性面的GaN单晶作为研究对象,对比了不同极性面的光学性质及杂质掺入特点,讨论了黄光带(YL)峰的起源及其影响因素.首先利用阴极荧...     

Er:GaN微纳米晶发光性能研究

采用溶液化学方法制备了Er3+掺杂浓度为1at%的Er∶GaN微纳米晶材料。对退火前后材料的结构、形貌和发光性能进行了表征。结果表明:Er∶GaN微纳米晶样品为纯的六方GaN相。退火后出现晶粒长大现象,且氧含量降低,微纳米晶的结晶质量变好。退火处理后出现了Er3+相关的524 nm和547 nm的绿光峰,660 nm的红光峰。在980 nm激发下,在Yb,Er∶GaN微纳米晶样品中实现了上转换荧光发射,并观察到了和Er∶GaN微纳米晶相同的发光峰。     

Er离子注入GaN薄膜的阴极荧光机制研究

采用离子注入方法制备了一系列不同Er离子剂量的GaN薄膜,并在不同温度、不同气氛下进行了退火处理.深入研究了退火温度和退火气氛对阴极荧光谱的影响机制和阴极荧光中的发光猝灭现象,获得了优化的退火条件.结果表明,当Er离子注入剂量达到1×1015cm-2时,Er离子的发光强度最高;当Er离子注入剂量达到5×1015cm-2时,出现发光猝灭现象.     

石墨烯上外延GaN薄膜的取向演变研究

本文研究了在石墨烯上生长GaN薄膜时晶体取向的变化.采用AlN成核层辅助生长,GaN由取向相差较大的小晶粒,逐渐合并为与石墨烯取向一致的晶粒,最终形成了约4.6μm厚的GaN薄膜.通过EBSD和XRD证实了GaN晶体取向一致性的提高,拉曼光谱也表明GaN晶体的高质量.     

多孔GaN薄膜的制备与光学性能研究

将表面沉积有金纳米颗粒的GaN薄膜在H₂与N₂的混合气氛下进行高温退火,成功制备了多孔GaN薄膜。多孔GaN薄膜的表面形貌可通过退火温度、退火时间及金沉积时间等参数进行调控。利用高分辨X射线衍射(HRXRD)和拉曼光谱表征了不同GaN结构的晶体质量,与平面GaN薄膜相比,多孔GaN薄膜的位错密度和残余应力均有所降低,在退火温度为1 000℃时其位错密度最小,应力的释放程度较大。采用光致发光(PL)光谱表征了其光学性质,与平面GaN薄膜相比,多孔GaN薄膜的发光强度显著提高,这可归因于多孔结构的孔隙率增大,有效增加了光的散射能力。此外,通过电化学工作站测试了不同GaN结构的光电流密度,结果表明,具有更大比表面积的多孔GaN薄膜在作为工作电极时,光电流密度是平面GaN薄膜的2.67倍。本文通过高温刻蚀手段成功制备了多孔GaN薄膜,为GaN外延层晶体质量与光学性能的提升及在光电催化等领域中的应用提供了一定的理论指导。     

红光发射GaN:Eu材料与器件研究进展

第三代宽禁带半导体材料氮化镓(GaN)以其优异的电学和光学性能受到了产业界和科研界的重视.稀土离子Eu掺杂GaN材料,既具备了稀土元素优异的光学性能,又充分发挥了半导体材料的优势,可用于制备新型红光LED器件.因此,对GaN:Eu材料的制备方法,发光机理及器件研究进展进行了总结,并对其未来发展趋势进行了展望.