GaN基多量子阱纳米结构的制备及其发光性质研究

GaN基多量子阱纳米结构的制备及其发光性质研究

作者:师大云端图书馆 时间:2015-09-15 分类:期刊论文 喜欢:3649
师大云端图书馆

【摘要】近些年来,以GaN为代表的Ⅲ族氮化物宽禁带半导体材料成为新的研究热点。由于Ⅲ族氮化物半导体材料是直接带隙半导体,其带隙从0.7ev(InN)直到AlN(6.2ev),能量覆盖范围从近红外到深紫外,而且Ⅲ族氮化物材料具有很好的热稳定性,以及优良的电热力学特性,被广泛应用于照明、显示、高密度存储、探测器等领域。作为发光器件的核心部分,InGaN/GaN量子阱发光效率的提高显得尤为重要。虽然在过去的一段时间里,InGaN/GaN量子阱结构的特性和应用研究都取得了很大的进展,但仍旧有许多问题需要解决。本论文围绕提高InGaN/GaN量子阱的发光效率这一重点问题,通过制备多种纳米结构的量子阱,利用光激发荧光、XRD、SEM等技术,来分析研究不同的纳米结构对于InGaN/GaN量子阱的内量子效率和光抽取效率的影响。研究的主要内容和获得的主要结果如下:(1)通过在平面量子阱结构上Ni膜快速退火形成纳米粒子掩膜,结合ICP刻蚀得到高效率的纳米柱量子阱结构。通过PL测量,纳米柱量子阱的发光效率是平面量子阱结构的3.1倍,虽然发光面积有所减少,但纳米柱量子阱的内量子效率和光抽取效率都有了显著地提高。相较于平面量子阱结构,纳米柱量子阱的内量子效率和光抽取效率分别提高到了1.75倍和7倍。纳米柱结构的直径大大低于位错间距,使得纳米柱中的位错和其它缺陷密度极大减少,相比于平面量子阱结构内跃迁能级的广泛分布,纳米柱结构中的跃迁能级都集中到带边沿,纳米柱量子阱的发光波长更短,半峰宽更窄。同时,位错和缺陷的大幅减少,有效地降低了非辐射复合,提高了内量子效率。纳米柱结构使原来无法出射的光线由于上表面形貌的变化会更加利于出射,更重要的是它打破了全反射,增加了出射面积,能够大大提高发光效率。(2)通过热退火形成的纳米镍掩膜配合感应耦合等离子刻蚀形成纳米多孔结构量子阱,纳米多孔结构的孔径为400nm-900nm,是由多个孔洞合并而成,并且是无序不均匀的,孔与孔之间的晶界为100nm-300nm。通过PL测量,相对于平面量子阱样品,纳米多孔结构具有更高的发光效率(2.75倍),更大的热激活能(107.44meV),更稳定的光学性能,随温度变化更小。X射线RSM图及变温PL测试结果表明纳米多孔结构中位错和缺陷的大幅减少,有效地降低了非辐射复合和带尾态的影响。纳米多孔结构的巨大激活能表明载流子随着温度的大幅升高,仍然被GaN垒层限制的很好,受位错和缺陷等非辐射复合中心的影响不大。纳米多孔结构是一种有潜力提高器件性能的结构。(3)通过调节较厚的镍膜热退火温度和时间,形成不同的纳米镍掩膜,配合感应耦合等离子刻蚀得到纳米坑、纳米花状结构量子阱。利用PL光谱的测量,纳米坑结构的发光强度相对于平面结构会有很大程度的降低,主要原因是ICP刻蚀带来大量的表面损伤和表面态,使得样品的非辐射复合极大的增强,虽然刻蚀后,光的抽取效率会有所增强,但是考虑到纳米坑的形貌,光线从纳米坑的边沿出射的增强作用非常有限,同时纳米坑的大小很难降低位错和其它生长缺陷的密度,所以总的发光强度会有所降低。纳米花状结构量子阱的内量子效率和光抽取效率都有少量提升,但是相比于纳米柱和纳米多孔结构对样品发光性能的大大增强而言,纳米花状结构对发光效率的提升幅度有限,纳米花状结构的形貌决定了它不是一种强力改善量子阱发光性能的纳米结构。(4)在InGaN/GaN量子阱平面结构上生长一层增透层,增透层是厚度不同的Si02和Si3N4,然后通过有/没有增透层纳米柱阵列及平面量子阱结构的发光性质的测量,发现含有增透层的纳米柱量子阱结构的发光强度相对于纳米柱量子阱结构有所提升,提升幅度最大的是40nm的Si3N4。折射率较大的增透层能更多的增加光子从多量子阱中出射的几率。同时,增透层的厚度太厚容易消耗更多的激光,减少从量子阱射出的光子数,发光效率会下降。另外,研究了刻蚀深度对发光效率的影响,结果表明:纳米柱量子阱结构随着刻蚀深度的增加,光抽取效率会有少量的下降,但是整体发光强度会逐渐增强。通过将InGaN/GaN平面多量子阱结构制备成不同的纳米结构,详细探讨了不同纳米结构对多量子阱发光性能的影响,发现纳米结构的形貌对多量子阱的发光效率影响巨大,与纳米结构的特征尺寸紧密相关。纳米柱和纳米多孔结构能有效地增强多量子阱的发光效率,纳米花状结构能少量提升多量子阱的发光效率,而纳米坑结构会降低多量子阱的发光效率。同时,采用合适厚度的增透层能进一步增加光子从多量子阱中出射的几率,提高发光效率。
【作者】王文杰;
【导师】陈鹏;
【作者基本信息】南京大学,微电子学与固体电子学,2014,博士
【关键词】InGaN/GaN量子阱;纳米结构;发光性质;光致发光;增透层;

【参考文献】
[1]尹训彦.水泥窑低温余热发电热力系统分析与设计[D].大连理工大学,动力工程(专业学位),2013,硕士.
[2]冯鉴炜.太阳能热水工程远程监测系统的研发[D].杭州电子科技大学,控制工程,2013,硕士.
[3]樊凯.基于纳米材料的食品安全与品质快速检测方法的研究[D].浙江大学,生物系统工程,2014,博士.
[4]杨肖娥,龙新宪,倪吾钟,倪士峰.古老铅锌矿山生态型东南景天对锌耐性及超积累特性的研究[J].植物生态学报,2001,06:665-672.
[5]王晓艳.地景建筑设计研究[D].北方工业大学,建筑设计及其理论,2013,硕士.
[6]朱骛涵.《古文字谱系疏证(二)》校订[D].安徽大学,汉语言文字学,2013,硕士.
[7]崔泽明.保险代理制度研究[D].吉林大学,民商法学,2004,硕士.
[8]黄芳.浅析我国企业应如何运用FFA对国际油轮运价波动进行风险控制[D].复旦大学,金融学,2012,硕士.
[9]蔡伶.网格环境下信息服务与任务调度的仿真[D].河北工业大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[10]李兵.基于方向场理论的X-Y平台速度规划与轮廓控制研究[D].沈阳工业大学,电力电子与电力传动,2013,博士.
[11]李少雄.一种新型聚合物石英压电传感器的设计及其力学行为研究[D].北京交通大学,工程力学,2013,硕士.
[12]记者屈红燕.七匹狼遭遇机构净卖出[N].上海证券报,2013-01-31F08.
[13]徐跃杭,国云川,吴韵秋,徐锐敏,延波.基于石墨烯谐振沟道晶体管的高频纳米机电系统信号读取研究[J].物理学报,2012,01:89-95.
[14]邓长春.解决农村留守问题中的地方政府责任研究[D].华中师范大学,行政管理,2012,硕士.
[15]乔俊.电离辐射诱导非小细胞肺癌细胞死亡及其机制研究[D].吉林大学,临床医学,2013,硕士.
[16]高健.基于居民出行行为的城市多级公交线网时空协调优化理论与方法[D].北京交通大学,2014.
[17]罗敏.邻甲酰氨基苯甲酰胺类化合物的合成及其杀虫活性研究[D].山东大学,微生物与生化药学,2013,硕士.
[18]陆文明.WCDMA高铁覆盖解决方案的研究与探讨[D].华东理工大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[19]张明石,马军.蒸发式冷却器[J].石油化工设备.1989(04)
[20]杜晓东.浅谈初中化学与人文精神结合的教学[J].新课程(上),2011,11:97-98.
[21]陈柳.非饱和土理论在膨胀土边坡稳定性分析中的应用研究[D].天津大学,水利工程,2013,硕士.
[22]史健勇.基于客户关系管理的IT服务营销评价模型研究[J].东华大学学报(自然科学版),2005,06:101-105.
[23]曹甜甜.基于Android系统的UPNP媒体播放器的研究与实现[D].南京邮电大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[24]记者刘宝强 刘冬.争议之王中国宝安的是与非[N].第一财经日报,2013-07-09A14.
[25]严安.图书馆网络信息服务中的用户隐私权保护研究[J].图书馆学研究,2005,08:86-88.
[26]胡昆鹏.高比表面氮化硼(BN)的制备及应用性能研究[D].湖北工业大学,2013.
[27]韩维.标地分离体系架构下基于标签交换的移动切换技术研究[D].国防科学技术大学,计算机科学与技术,2012,硕士.
[28]张双喜,张旭,熊维纲.地震图象的压薄处理[J].石油地球物理勘探,1987,06:653-657.
[29]王道鸿.茅台镇白酒文化与旅游开发研究[D].华中师范大学,农村与区域发展,2014,硕士.
[30]杨刚.试论清代文人视阈下的书法[D].首都师范大学,美术,2014,硕士.
[31]王金林.普通高校篮球选项课分层次教学实践研究[D].西安体育学院,体育,2013,硕士.
[32]倪卡卡.国际粮价波动特与影响因素分析[D].浙江工业大学,国际贸易学,2012,硕士.
[33]陈晓姣.辽西方音的共时考察和历时分析[D].渤海大学,语言学及应用语言学,2014,硕士.
[34]罗集贤.椎弓根螺钉不同角度偶联的生物力学研究[D].吉林大学,临床医学,2013,硕士.
[35]杨赟玥.产品设计的形态研究[D].武汉理工大学,设计艺术学,2003,硕士.
[36]康凯.选区激光成形用18Ni-300粉末特性及成形件组织结构的研究[D].重庆大学,冶金工程,2014,硕士.
[37]王立民.灌浆新方法在坝基处理工程中的应用研究[D].大连理工大学,水利工程(专业学位),2012,硕士.
[38]邓芳.Contourlet变换在去噪方面的研究[D].湖北大学,微电子学与固体电子学,2011,硕士.
[39]李红斌.知识与文化的通融—张东荪多元知识论初探[D].西南民族大学,中国哲学,2014,硕士.
[40]李泳.Ti基一维纳米阵列的可控制备及其葡萄糖传感性能研究[D].武汉科技大学,2014.
[41]马宇昌.网络摄像机应用接口的研究与实现[D].南京邮电大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[42]统筹佛山日报记者陈伟鹏通讯员三宣撰文佛山日报记者梁楚欣通讯员晶科.创新创业项目奔着三水来![N].佛山日报,2014-11-10A07.
[43]宫周鼎.超高层智能建筑的特点[J].智能建筑.2004(09)
[44]韩庆兰,隋慧.基于全球供应链管理的财务系统[J].中国会计电算化,2001,06:15-16.
[45]杨顺田.中、薄板带钢冷连轧轧制力便捷计算法研究[J].冶金自动化,2014,06:33-37+55.
[46]朱润晔,张良,毛玉波,姜理英.介质阻挡放电反应器降解邻二甲苯的特性研究[J].浙江工业大学学报,2014,06:650-654.
[47]孙杰.分子质子化对其双光子吸收性质的影响[D].山东师范大学,原子与分子物理,2013,硕士.
[48]王艳.山东半岛蓝色经济区建设中的城市循环经济发展研究[D].山东师范大学,人口、资源与环境经济学,2013,硕士.
[49]张一飞.国际法框架下的贸易与环境问题[D].清华大学,法律,2003,硕士.
[50]于跃.内蒙古地区出土白地黑花瓷器的初步研究[D].内蒙古大学,考古学与博物馆学,2014,硕士.

相关推荐
更多