半导体发光材料的光学特性表征及分析

论文摘要

半导体发光材料正以飞快的速度影响着当今世界的众多领域,医学、国防及人类生活的方方面面都需要更加高质量的发光材料来满足人类的需要,所以对半导体发光材料发光特性的表征及深入分析是十分必要的。研究不仅可以发现更多半导体材料不为人知的优点,还可以用理论指导改进生产工艺,使半导体发光材料更好地为人类服务,带来一场崭新的照明革命。对于材料的光学性能的检测有很多种技术,光致发光检测是检测及表征半导体中缺陷非常有用的工具,尤其是在一些宽禁带半导体材料中的应用,因为对于这些材料,电学方面的测量多少会受到一定的限制,电学测量会出现热现象,而热现象超过了这些宽禁带半导体中很大的激活能。本文详细介绍了一些半导体发光材料的基本结构,生长方式及发光机理,并利用光致发光的检测方法,仔细分析了各个不同样品的情况,通过对数据的拟合、比较得出了相应的结果。样品主要选取了InGaN宽禁带的半导体材料进行了分析。主要内容包括:利用光致发光谱研究了不同组分铟镓氮材料的光学特性。发现随着温度升高,两个样品的主峰表现出一种行为:半高宽度(FWHM)增加时,主峰位置红移;半高宽度减少时,主峰位置蓝移。对所得数据进行Arrhenius拟合,比较激活能得出以下结果:样品B中的非辐射复合中心比样品A中的易被激活;样品B中的载流子逃逸效应比样品A中更为明显,从而解释了两个样品发光效率不同的原因,为样品的改良提供了理论依据。利用不同的激发能量激发LED样品的研究中发现,当激发能量低于氮化镓带边能量时,在2.9eV左右的宽阔的发光峰有明显的消失现象,这就说明消失部分是由于氮化镓内部的缺陷引起的。最后,确定了以后工作的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 简介
• 1.1 Ⅲ族氮化物材料的发展
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文研究的主要内容与安排
• 第二章 材料的生长技术及光致发光原理
• 2.1 材料的生长技术
• 2.1.1 金属有机物化学气相沉积（MOCVD）生长方式
• 2.1.2 分子束外延（MBE）生长方式
• 2.1.3 氢化物气相外延HVPE 技术
• 2.1.4 两步生长工艺
• 2.1.5 选区外延生长
• 2.1.6 悬空外延技术
• 2.2 P－N 结
• 2.3 LED 发光原理
• 2.4 复合理论
• 2.5 半导体带间跃迁的基本理论
• 第三章 光学测量技术
• 3.1 光致发光的基本原理
• 3.2 光致发光测量装置
• 3.3 实验设备介绍
• 第四章 发光材料光学特性的表征与分析
• 4.1 氮化镓的基本晶格结构
• 4.2 不同铟组分的氮化物三元合金的光学性质
• 4.2.1 实验样品及光学特性测试
• 4.2.2 实验结果与分析
• 4.3 不同生长条件下LED 样品的发光性质
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文完成的工作
• 5.2 今后的展望
• 参考文献
• 硕士在读期间发表论文
• 致谢