硅衬底InGaN多量子阱材料生长及LED研制

利用低压金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统在Si(111)衬底上生长了InGaN多量子阱IED外延片。为克服GaN与Si衬底之间巨大的晶格失配与热失配，引入了AIN低温缓冲层及富镓的GaN高温缓冲层，在Si(111)衬底上获得了无龟裂的InGaN多量子阱LED外延材料。在两英寸外延片内LED管芯的工作电压在3．7～4．1V之间，电致发光波长在465～480nm之间，87％的LED管芯的反向漏电流不大于0．1μA，输出光强为18～30mcd。     

高质量GaN/Al2O3薄膜的三晶高分辨X射线衍射研究

通过对常压MOCVD工艺下制备的GaN/Al2O3两种样品的X射线衍射分析,利用不同的掠入射角及倾斜ω扫描,精确测量了GaN薄膜的晶体结构和位错密度,据此提出了一种表征薄膜纵向位错密度的新方法.结果表明实验制备的GaN薄膜具有相当一致的c轴取向,对称衍射(002)面ω扫描半峰宽分别为229.8arcsec、225.7 arcsec;同时,根据倾斜对称ω扫描半峰宽分析认为样品A、B的位错密度分别约为4.0801×108/cm2,5.8724×108/cm2,其样品A的位错密度小于样品B,但PL谱给出样品A的发光效率低于样品B;而根据不同的掠入射ω扫描推断出样品A的位错密度大于样品B,与相应的发光性能吻合.     

CdSe胶质量子点的电致发光特性研究

采用胶体化学法合成硒化镉(CdSe)胶质量子点, 在此基础上制成了以CdSe胶质量子点为有源层, 结构为ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al的电致发光(EL)器件. 透射电镜测量表明量子点的尺寸为4.3 nm, 扫描电子显微镜测量ZnS薄膜和Al薄膜结果显示表面均较为平整, 由器件结构的X射线衍射分析观察到了CdSe(111)、ZnS(111)等晶面的衍射, 表明器件中包含了CdSe量子点和ZnS绝缘层材料. 光致发光谱表征胶质量子点的室温发光峰位于614 nm, 电致发光测量得到器件在室温下的发光波长位于450 ~ 850 nm, 峰值在800 nm附近. 本文对电致发光机制及其与光致发光谱的区别进行了讨论.     

GaN基发光二极管研究进展

GaN基发光二极管(LED)作为目前固态照明和显示等应用中最核心的器件,在完全发挥材料性能的道路上还存在着一些困难.针对蓝光LED内量子效率低和白光LED应用中缺乏简易制备方法的现状,本研究组做出了有意义的富有创新性的工作:提出的宽窄耦合量子阱结构的LED使得蓝光LED的内量子效率得到了很大的提高;通过生长一个用于调节量子阱中的应变和局域化的InGaN插入层,制备出了同一发光层出射白光的单芯片白光LED.     

LPCVD法在GaN上生长Ge薄膜及其特性

本文报道了在GaN/蓝宝石作衬底生长Ge薄膜材料的外延生长及其特性研究。研究了不同外延生长条件。结果表明,使用低压化学气相外延技术在GaN/蓝宝石衬底复合衬底上可以生长Ge薄膜。高分辨X射线衍射谱研究得到了峰位分别位于2θ=27.3°、2θ=45.3°和2θ=52.9°的Ge峰.原子力显微镜研究表明得到的Ge薄膜的表面粗糙度为43.4nm。扫描电子显微镜研究表明生长的Ge/GaN/蓝宝石具有清晰的层界,表面Ge晶粒致密并且分布均匀。Raman谱表明所生长的Ge的TO声子峰位于299.6cm-1,这表明了生长的Ge薄膜具有良好的质量。     

Zn缓冲层对氧化锌薄膜的结构和光学特性的影响

采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了具有高c轴择优取向的不同Zn缓冲层厚度的ZnO(ZnO/Zn)薄膜。利用X射线衍射(XRD)法、扫描电子显微镜(SEM)技术和光致荧光(PL)发光谱(PL)等表征了ZnO/Zn薄膜的微观结构和发光特性。XRD的分析结果显示,随着缓冲层厚度的增加,(002)衍射峰的半高宽(FWHM)逐渐变小,表明薄膜的结晶质量得到改善。通过对样品PL谱的研究,发现分别位于435(2.85eV)和480nm(2.55eV)的蓝光双峰以及530nm(2.34eV)的绿光峰,且缓冲层沉积时间为10min时,样品的单色性最好。推测位于435nm的蓝光发射主要来源于电子从锌填隙缺陷能级到价带顶的跃迁所致,而绿光峰的发光机制与氧空位有关。     

MOVPE 生长 InGaN/GaN 单量子阱绿光LED

采用金属有机物气相外延（MOVPE）方法,生长出InGaN/GaN单量子阱结构的绿光发光二极管（LED）。测量了其电致发光光谱及发光强度与注入电流的关系。室温正向偏置下,在20mA的注入电流时,发光波长峰值为530nm,半高宽为30nm。当注入电流小于40mA时,发光强度随注入电流的增大递增。这是中国国内首次研制出的InGaN单量子阱结构的绿光LED。     

HRXRD研究SiN盖帽层在Si中引入的应变

为了研究SiN盖帽层在Si中引入应变的机理与控制,利用高分辨X射线衍射(HRXRD)技术分析了si中应变的各向异性以及与盖帽层厚度的关系.研究发现,盖帽层厚度低于300nm时,应变量与厚度呈近线性关系,随后增加趋缓,最终达到一饱和值;同时,应变在不同晶向表现出明显的各向异性,表层应变Si与未应变Si衬底在(004)晶面上的衍射峰重叠在一起,而(111)晶面的2个衍射峰可明显地被分离,且倾角对Si衬底衍射峰半高宽具有明显的展宽.     

氮化铝薄膜织构的极图法研究

在X射线衍射结果的基础上,采用极图法研究了AIN薄膜以(DO2)和(100)面的取向分布,发现在一定条件下制备的AIN(002)有很强的织构,并通过极图法来确定X射线衍射所无法确定的AIN(100)面择优取向薄膜中各晶粒c轴间的关系.     

InGaN合金的微结构光学特征及其Stokes偏移研究

研究了生长在GaN/Al2O3模板层上的InGaN合金的微结构形态,并通过Raman光谱测定了InGaN合金的晶相,采用分光镜椭圆测量对InGaN合金的光学带隙进行了研究,分析了InGaN合金带隙产生Stokes偏移的本质及原因.AFM显微图表明生长在GaN/Al2O3模板层上的InGaN合金的微结构晶体质量得到了很好的改善.In-CaN合金的Raman光谱曲线非常微弱,与GaN/Al2O3的Raman光谱曲线几乎完全重叠.通过分光镜椭圆测量可知,InGaN合金的光学带隙Eg随着In含量的增加而减少.InGaN合金在红外区域表现出强烈的光致发光峰,随着Ga含量的增加,光致发光峰表现出较大的蓝移即Stokes偏移.在InGaN合金的中间In组分附近Stokes偏移达到最大值.产生Stokes偏移的主要原因是InN在GaN中具有较低的混溶性.Stokes偏移也可归结为InGaN合金中存在局域态,InGaN合金中栽流子的局域化程度越高,Stokes偏移就越大.