垒层温度对InGaN量子点/量子阱复合结构内量子效率的影响

使用金属有机化学气相沉积(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)方法生长了三个具有不同垒层温度的InGaN/GaN量子阱。由于高密度V型坑的形成,完整的量子阱结构被破坏,转变成了InGaN量子点(quantum dots, QDs)/量子阱(quantum well, QW)复合结构。通过变功率光致发光谱和变温光致发光谱,分析了在不同的垒层温度下量子限制斯塔克效应(quantum confined Stark effect, QCSE)、非辐射复合中心密度和载流子局域化效应的变化。结果表明:在较低的垒层温度下,QCSE较弱,因为在较低的温度下,V型坑的深度较深,应力释放较明显,残余应变较低;非辐射复合中心密度也随着温度的升高而逐渐增大;样品的内量子效率(internal quantum efficiency, IQE)随着垒层生长温度的升高而降低。QCSE的增强和非辐射复合中心密度的增大是垒层生长温度升高时内量子效率下降的主要因素。     

低温AlN插入层的生长温度对AlGaN/GaN量子阱应力弛豫作用的影响

利用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)及原子力显微镜(AFM)研究了低温AlN插入层的生长温度对AlGaN/GaN量子阱应力弛豫作用的影响.结果表明,低温AlN插入层不同的生长温度会导致AlGaN/GaN量子阱不同的表面粗糙度及穿透位错密度,并且当生长温度达到640℃时样品中表面粗糙度及穿透位错密度达到最低,同时具有最高的载流子迁移率及带边发光峰强度.在不同的生长温度,低温AlN表面具有不同的表面形貌.不同的表面形貌将直接影响界面处位错主滑移系的开动及位错阻挡机制.通过分析可以得知,低温AlN不同的表面形貌是由于Al原子在不同温度下的不同的迁移机制造成.     

缓冲层厚度对MOCVD法生长GaN外延薄膜性能的影响

本文研究了低温GaN(LT-GaN)缓冲层表面形貌,其随厚度的变化规律及对随后生长GaN外延膜各项性能的影响.用场发射扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)研究LT-GaN缓冲层表面形貌,发现随着厚度的增加,其表面由疏松、粗糙变得致密、平整,六角GaN小晶粒的数量减少,且取向较为一致.用X光双晶衍射(XRD)、AFM和Hall测量研究1μm厚本征GaN外延薄膜的结晶质量、表面粗糙度、背底载流子浓度和迁移率等性能,发现随着LT-GaN缓冲层厚度的增加:XRD的半高宽FWHMs增大,表面粗糙度先减小后又略有增大,背底载流子浓度则随之减少,而迁移率的变化则不明显.通过分析进一步确认LT-GaN缓冲层的最优生长时间.     

缓冲层厚度对Ge/Si多层膜的影响

采用离子束溅射技术,通过改变Si缓冲层厚度,在p型Si衬底生长了一系列的Ge/Si多层膜样品.利用Raman光谱、X射线小角衍射以及原子力显微镜等分析测试技术,研究了多层薄膜的结晶、膜层结构、表面形貌等性质.结果表明:通过引入缓冲层,在一定程度上可以提高颗粒的结晶性;随着缓冲层逐渐沉积,来自界面态的影响有了明显的减弱,且多层膜结构的生长得到有效改善.红外吸收光谱实验表明多层膜的吸收特性与其周期结构密切相关,因此可以通过改变缓冲层厚度的方法,实现对多层薄膜红外吸收特性的调制.     

AlN插入层对AlGaN/GaN外延材料电学性能影响

采用MOCVD制备了带有MN插入层AlGaN/GaN异质结构外延材料,对外延材料分别进行了原子力显微镜AFM、双晶XRD以及变温HALL测试.测试结果表明:具有AlN插入层的外延材料表面非常平整,10 μm × 10 μm范围样品的表面均方根粗糙度RMS仅为0.302 nm,AlGaN势垒层衍射峰更尖锐,材料结构特性良好,大大提高了AlGaN/GaN异质结的2DEG面密度和迁移率,280 K和300 K时沟道电子迁移率分别为4736 cm2/V·s和1785 cm2/V·s,比无MN插入层的传统结构得到的结果分别提高了45.7;和23.4;.     

氧分压对铟镓锌氧化物薄膜晶体管性能的影响

室温下,利用射频磁控溅射技术在p型<100>硅衬底上,不同氧分压下制备了铟镓锌氧化物薄膜晶体管(IGZO TFT).结果表明,不同氧分压的IGZO薄膜呈非晶态;随着氧分压的增大其光学带隙先增大后减小;IGZOTFT场效应迁移率先增大后减小,器件由耗尽型转变为增强型.当氧分压为7.47;时,IGZO TFT电学性能最好,场效应迁移率为4.44 cm2/(V·s),亚阈值摆幅的值是2.1 V/decade,电流开关比大于105.     

沉积压力对磁控溅射纳米硅薄膜结构和性能影响

采用射频(RF)磁控溅射方法在玻璃衬底上制备了氢化纳米硅薄膜,研究了沉积压力(4～9 Pa)对薄膜结构和性能的影响.利用XRD、SEM、紫外-可见光分光光度计、傅立叶红外吸收光谱仪(FT-IR)及四探针电阻测试仪等对薄膜结构和性能进行了表征.结果表明:随着沉积压力的提高,薄膜结晶程度逐渐变差,晶粒尺寸降低;薄膜光学带隙在2.04～2.3 eV之间,且随着沉积压力的提高而增加;薄膜具有SiH、SiO、SiH2和SiH3振动吸收峰, 随着沉积压力的增加,SiH、SiH2振动吸收峰向高波数移动,薄膜方块电阻在132～96 Ω/□,且随着沉积压力的升高而降低.     

双轴应变对单层CdZnTe电子特性和光学性能的影响

研究双轴应变对单层CdZnTe半导体材料电子特性与光学性能的影响,可为制备光学性能优异的CdZnTe器件提供理论支持。本文采用Material Studio软件构建单层CdZnTe模型,并在其(100)和(010)方向上施加应变。基于密度泛函理论的第一性原理模拟计算了单层双轴应变对单层CdZnTe带隙、载流子有效质量、迁移率和介电常数等性能的影响。结果表明,拉伸和压缩应变均能减小单层CdZnTe的带隙,且双轴应变可有效调控单层CdZnTe的载流子有效质量、迁移率和介电常数。与拉伸应变相比,相同大小的压缩应变对单层CdZnTe性能的调控更加明显。随施加双轴压缩应变的增大,单层CdZnTe的带隙值逐渐减小,CdZnTe半导体吸收光的波长范围得到提高,单层CdZnTe的载流子有效质量、迁移率总体呈下降趋势,介电常数实部逐渐下降,虚部逐渐上升,意味着单层CdZnTe的金属性增强,光学性能提高。     

衬底温度对Cu2O薄膜结构和性能的影响

采用射频磁控溅射技术在石英衬底上制备了Cu2O薄膜。系统研究了衬底温度对薄膜结构、光学和电学性能的影响。XRD的结果显示,在所有衬底温度条件下均可得到单相的Cu2O结构,而且随着衬底温度由500 K升至800 K,薄膜表现出(111)择优取向的生长特点。电学和光学测试结果表明,室温电导率和光学带隙随着衬底温度的升高而增加,800 K制备的薄膜的带隙值最高约为2.58 eV。     

三维生长温度对非故意掺杂GaN外延层性能的影响

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在蓝宝石(0001)面上生长GaN外延层,并系统研究了三维生长温度对外延层晶体质量和残余应力的影响机理.利用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)、原子力显微镜(AFM)、光致发光光谱仪(PL)和拉曼光谱仪(Raman)分别对外延层的位错密度、表面形貌、发光性能和应力情况进行了分析.当三维生长温度分别为1060℃、1070℃和1080℃时,外延层刃位错密度分别为5.09×108/cm3、3.58×108/cm3和5.56×108/cm3,呈现先减小后增大的现象,而螺位错密度变化不显著,分别为1.06×108/cm3、0.98×108/cm3和1.01×108/cm3,同时外延层残余应力分别为0.86 GPa、0.81 GPa和0.65 GPa,呈现逐渐减小的趋势.这可能是由于三维生长温度不同时,外延层生长模式和弛豫程度发生改变所致.     

AlGaN双势垒结构对高In组分InGaN/GaN MQWs太阳能电池材料晶体质量和发光性能的影响

本文利用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)技术在(001)面图形化蓝宝石衬底(PSS)上生长了一种含有AlGaN-InGaN/GaN MQWs (multiple quantum wells)-AlGaN双势垒结构的高In组分太阳能电池外延材料。高分辨率X射线衍射(HRXRD)和光致发光(PL)谱分析表明,与含有AlGaN电子阻挡层的低In组分的量子阱结构太阳能电池外延材料相比,该结构材料具有较小的半峰全宽(FWHM),计算表明:此结构材料的位错密度降低了一个数量级,达到10⁷ cm^-2;同时,有源区中的应变弛豫降低了51%;此外,此结构材料的发光强度增强了35%。研究结果表明含有AlGaN双势垒结构的外延材料可以减小有源区的位错密度,降低非辐射复合中心的数目,增大有源区有效光生载流子的数目,为制备高质量太阳能电池提供实验依据。     

膜厚对Zr,Al共掺杂ZnO透明导电薄膜结构和光电性能的影响

采用直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备出Zr,Al共掺杂ZnO(AZZO)透明导电薄膜.用XRD和SEM分析和观察了薄膜样品的组织结构和表面形貌.研究表明:制备的AZZO透明导电薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有c轴择优取向.另外还研究了薄膜的结构、光学和电学性质随薄膜厚度的变化关系.当薄膜厚度为843 nm时,电阻率具有最小值1.18×10~(-3) Ω·cm,在可见光区(500～800 nm)平均透过率超过93;.     

射频功率对富硅-氮化硅薄膜结构及性质影响

采用等离子体增强化学气相沉积法,以SiH4、NH3和N2为反应气源,通过改变射频功率制备富硅-氮化硅薄膜材料.利用傅里叶变换红外吸收光谱,紫外-可见光透射光谱,扫描电镜等对薄膜材料结构与性质进行表征.实验表明,随着射频功率的逐渐增加,薄膜光学带隙缓慢减小、有序度增加,薄膜材料中的Si-H键、N-H键缓慢减小,Si-N键增多.分析结果发现,适量的增加射频功率有利于提高样品反应速率,使薄膜有序度增加,致密性增强,提高薄膜质量,但过高的射频功率会使薄膜质量变差.     

射频溅射功率对Mn-Co-Ni-O薄膜结构与性能的影响

采用射频磁控溅射技术在硅衬底上制备了锰钴镍氧(Mn-Co-Ni-O, MCNO)薄膜并进行了后退火处理。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、光学测试仪器等测试手段对晶体结构、表面形貌及光学性能进行表征。分析了不同射频溅射功率(60~100 W)对MCNO薄膜表面微观形貌、晶体结构和光学性能的影响。结果表明,在60~90 W下获得的薄膜表面致密且均匀,但在100 W下获得的MCNO薄膜表面晶粒尺寸显著增大。物相分析表明,采用射频磁控溅射沉积的MCNO薄膜主要为尖晶石结构,溅射功率对薄膜结晶质量和择优取向具有显著影响,在80 W下获得的MCNO薄膜结晶质量最佳。同时,拉曼光谱测试也表明该MCNO薄膜表现出最强的Mn⁴⁺—O对称弯曲振动和最小的压应力。紫外-可见-近红外光谱分析表明,MCNO薄膜的吸光范围主要在可见光-近红外波段,在80~90 W溅射功率下获得的MCNO薄膜在近红外波段表现出更强的吸收峰。射频溅射功率的改变会影响薄膜的厚度和结晶质量,从而对薄膜的光学带隙起到调控作用。光致发光光谱测试不同溅射功率下薄膜的缺陷峰发光强度,且在功率为80 W时沉积的薄膜具有最强紫外发射峰,表明改变溅射功率能够有效改善薄膜缺陷及提高晶体质量。