ⅲ族氮化物材料弱極性晶面量子阱的生長(zhǎng)及其光電特性的研究

1、廈門大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立完成的研究成果。本人在論文寫作中參考其他個(gè)人或集體己經(jīng)發(fā)表的研究成果，均在文中以適當(dāng)方式明確標(biāo)明，并符合法律規(guī)范和《廈門大學(xué)研究生學(xué)術(shù)活動(dòng)規(guī)范( 試行) 》。另外，該學(xué)位論文為( 匆＼寶匆牝 ) 課題( 組) 的研究成果，獲得( 勿＼、家抓) 課題( 組) 經(jīng)費(fèi)或?qū)嶒?yàn)室的資助，在( ) 實(shí)驗(yàn)室完成。 ( 請(qǐng)?jiān)谝陨侠ㄌ?hào)內(nèi)填寫課題或課題組負(fù)責(zé)人或?qū)嶒?yàn)室名稱，未有此項(xiàng)聲明內(nèi)容

2、的，可以不作特別聲明。)聲明人( 簽名) ：蜘裔弘I f 年勺月／沙摘要I I I 族氮化物半導(dǎo)體材料具有許多優(yōu)良的性質(zhì)，其纖鋅礦結(jié)構(gòu)晶體具有寬禁帶，直接帶隙，化學(xué)特性穩(wěn)定，耐高溫，質(zhì)地堅(jiān)硬等特點(diǎn)。近十幾年對(duì)其的研究取得了矚目的成果，商業(yè)價(jià)值巨大。具體應(yīng)用包括顯示，照明，存儲(chǔ)，探測(cè)器，通訊，農(nóng)作物生長(zhǎng)照明，醫(yī)療健康，以及電力電子器件等領(lǐng)域。盡管如此，l I I 族氮化物材料在發(fā)光器件應(yīng)用領(lǐng)域仍然面臨許多需要解決的問(wèn)題，例如：電極化效應(yīng)，

3、高缺陷密度，光提取效率低，d r o o p 效應(yīng)，G r e e nG a p 等。為了改善上述問(wèn)題，科研人員提出了多種研究方案，其中采用弱極性量子阱結(jié)構(gòu)是比較有前景的研究方向之一。弱極性量子阱具有阱內(nèi)極化電場(chǎng)較小，發(fā)光效率高，適合制作長(zhǎng)波段器件，d r o o p 效應(yīng)低等優(yōu)點(diǎn)。因此，弱極性晶面量子阱的相關(guān)研究逐漸受到重視，尤其是在光電特性以及阱內(nèi)動(dòng)態(tài)復(fù)合機(jī)制方面的研究。在此背景下，本文圍繞如何改善I I I 族氮化物量子阱結(jié)構(gòu)發(fā)光

4、效率這一主題，首先研究了采用選區(qū)外延技術(shù)生長(zhǎng)的{ 1 1 2 2 } 干D f l T 0 1 ) 兩種弱極性晶面量子阱的光電特性和阱內(nèi)動(dòng)態(tài)復(fù)合機(jī)制的特點(diǎn)，其次提出在弱極性量子阱結(jié)構(gòu)中引入阱內(nèi)I n組分漸變技術(shù)來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化其發(fā)光效率，并通過(guò)理論計(jì)算對(duì)阱內(nèi)I n 組分漸變的形式進(jìn)行了優(yōu)化研究。本文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論摘要如下：1 ．利用M O C V D 外延設(shè)備并采取選區(qū)外延技術(shù)來(lái)生長(zhǎng)立體形貌的{ l l 芝2 l 和{ 1 i 0 1

5、} 弱極性量子阱。根據(jù)變溫光致熒光( P L ) 實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果得出：{ 1 T O J l 弱極性量子阱L E D 結(jié)構(gòu)的室溫P L 歸一化強(qiáng)度約為6 ．2 ％，比極性阱提高一倍多，也就是說(shuō)其相對(duì)內(nèi)量子效率比極性阱提高一倍多。此外，f 1 1 2 2 ) 弱極性阱結(jié)構(gòu)的室溫P L 歸一化強(qiáng)度約為1 2 ％，表現(xiàn)出比{ 1 i 0 1 } 阱還要高的效率。變溫時(shí)間解析光致熒光測(cè)試和理論計(jì)算驗(yàn)證了弱極性量子阱具有較高效率的結(jié)論。2 ．根據(jù)

6、對(duì)樣品變溫光致熒光測(cè)試和變溫時(shí)間解析光致熒光測(cè)試的結(jié)果，本文討論了弱極性量子阱的阱內(nèi)載流子的動(dòng)態(tài)復(fù)合過(guò)程，解釋了弱極性量子阱光熒光光譜峰值隨著溫度增加并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的類“S ”型變化的原因，提出由于弱極性量子阱阱內(nèi)極化電場(chǎng)的減弱，導(dǎo)致載流子與聲子耦合強(qiáng)度減弱，使得載流子h o p p i n g ／t u n n e l i n g 等運(yùn)動(dòng)相對(duì)極性量子阱要弱。這表明弱極性量子阱的阱內(nèi)載流子有更大機(jī)率進(jìn)行原位輻射復(fù)合，而載流子的再分布過(guò)程