稀土摻雜寬帶隙氮化物半導(dǎo)體薄膜的制備與性能研究.pdf

1、稀土摻雜寬帶隙半導(dǎo)體材料具有發(fā)光亮度高、色彩純正等特點(diǎn)，在光通訊和全色顯示技術(shù)中具有廣闊的應(yīng)用前景。開展對(duì)寬帶隙半導(dǎo)體材料稀土摻雜的研究具有重要的理論價(jià)值與應(yīng)用前景。
　　 本論文以氮化鎵和氮化鋅為主要研究對(duì)象。采用直流磁控反應(yīng)濺射方法，制備了氮化物及稀土摻雜薄膜，對(duì)其結(jié)構(gòu)、光學(xué)及電學(xué)特性進(jìn)行了研究，取得了以下的研究結(jié)論：
　　 1、利用直流磁控反應(yīng)濺射方法，制各了晶粒尺寸可控的纖鋅礦納米晶GaN薄膜。隨著襯底溫度的升高

2、，薄膜的生長(zhǎng)速率先增大后減小，光學(xué)帶隙從4.99eV降低到4.68eV，帶邊發(fā)射峰發(fā)生藍(lán)移。對(duì)p-Si/n-GaN異質(zhì)結(jié)的Ⅰ-Ⅴ曲線分析，結(jié)果表明熱電子發(fā)射和隧穿是其主要的電流輸運(yùn)機(jī)制；利用深能級(jí)瞬態(tài)譜儀對(duì)薄膜缺陷的激活能、俘獲截面等進(jìn)行了定量的分析。
　　 2、利用氨化法制備了纖鋅礦結(jié)構(gòu)GaN納米晶薄膜，得到最優(yōu)化的退火條件是950℃下氨化1小時(shí)。室溫光致發(fā)光測(cè)試得到了尖銳的365nm的帶邊發(fā)射峰和430nm處的來(lái)源于薄膜的本

3、征缺陷或表面態(tài)的發(fā)射峰。Raman光譜出現(xiàn)了被C46v點(diǎn)群所禁戒的由E2光學(xué)支在布里淵區(qū)的M對(duì)稱點(diǎn)和富氮八面體Ga-N6鍵振動(dòng)引起的分別位于257和423cm-1處的Raman峰。
　　 3、優(yōu)化直流磁控反應(yīng)濺射參數(shù)，制備了原位摻Er和Tb的GaN納米晶薄膜。薄膜的光學(xué)帶隙在4.1～4.3eV之間，室溫光致發(fā)光譜分別得到了稀土Er3+的4S3/2(2H11/2)→4I15/2能級(jí)的躍遷產(chǎn)生的554nm處的發(fā)光峰和Tb3+離子內(nèi)層

4、4f電子5D4→7FJ(J=6，5，4，3)躍遷產(chǎn)生的特征發(fā)光峰。改變?yōu)R射條件如襯底溫度、濺射氣壓對(duì)薄膜Raman峰的影響微弱，都只出現(xiàn)了纖鋅礦GaN的E2(low)和A1(LO)模式對(duì)應(yīng)的振動(dòng)峰。
　　 4、利用直流磁控反應(yīng)濺射方法，制備了原位Tb摻雜的Zn3N2薄膜。當(dāng)濺射N2組份從20％增加到60％，薄膜的生長(zhǎng)擇優(yōu)取向由(321)轉(zhuǎn)為(222)，間接光學(xué)帶隙從3.06eV降低到2.13eV，濺射N2組份40％時(shí)出現(xiàn)較明顯的