一、GaN基光发射二极管中深能级研究(论文文献综述)
刘传洋[1](2020)在《基于Al预淀积与复合AlN成核层技术的高性能AlGaN/GaN异质结及其SBD器件研究》文中指出氮化镓(Gallium Nitride:GaN)具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高等优越性能,还能与氮化铝(Aluminum Nitride:AlN)或氮化铟(Indium Nitride:In N)等其它Ⅲ族氮化物形成直接禁带半导体合金材料,禁带宽度可从0.65到6.2 e V之间任意调节,在光电器件和电子器件等领域扮演着极其重要的角色。此外,Ⅲ族氮化物具有很强的压电极化和自发极化效应,使得AlGaN/GaN等Ⅲ族氮化物异质结在非故意掺杂时也会在界面处产生高密度、高迁移率的二维电子气(Two Dimensional electron gas:2DEG),因而具有更加优异的电学性质,非常适合高频率、大功率电子器件的开发。为满足消费电子系统对高效率紧凑型电力电子器件的需求,基于蓝宝石衬底的高效率GaN电力电子二极管成为业界重点关注的路径之一。然而近三十年来蓝宝石基GaN外延材料主要围绕低电压的光发射二极管(Light Emitting Diode:LED)等光电器件,用于研制横向肖特基二极管(Schottky Barrier Diode:SBD)时,存在材料位错密度偏高、缓冲层耐压不足等问题,严重影响GaN横向SBD器件的性能。在此背景下,本文围绕高性能GaN横向SBD器件研制的需要,从提高AlGaN/GaN异质结材料的生长质量出发,对蓝宝石基AlGaN/GaN异质结生长的Al预淀积技术、磁控溅射AlN成核层及复合AlN成核层技术等进行了深入的研究。在此基础上,还采用先进的器件制造工艺,在磁控溅射AlN成核层及复合AlN成核层的AlGaN/GaN异质结材料上制作了横向SBD器件,并对不同的AlGaN/GaN异质结横向SBD器件进行了系统的研究,取得的主要成果如下:1.为降低AlGaN/GaN异质结材料的位错密度,本文对AlN成核层初始生长阶段的Al预淀积技术进行了深入的研究。借助对应的AlN成核层对比样品以及原子力显微镜(Atomic Force Microscopy:AFM)、高分辨率X射线衍射(High Resolution X-Rays Diffraction:HRXRD)、霍尔效应等测试分析技术,揭示了Al预淀积时间对AlGaN/GaN异质结生长质量影响的内在机制,获得了Al预淀积时间的最优生长工艺参数。在最优Al预淀积时间3s下生长的蓝宝石基AlGaN/GaN异质结在螺型、刃型及总位错密度显着下降到1.69×108、1.49×109和1.66×109 cm-2的同时,还得到了粗糙度低至0.312 nm的平滑表面以及2DEG迁移率、2DEG面密度及方块电阻分别达到1808.9 cm2/V·s、1.25×1013 cm-2和279.9Ω/□的良好电学性能,晶圆方阻均匀性偏差也降低到0.65%。2.针对磁控溅射AlN成核层能显着提高蓝宝石基GaN材料生长质量的特性,本文结合传统的原位AlN成核层技术,创新性的提出了磁控溅射AlN/原位AlN复合成核层技术,并对不同复合成核层结构下的AlGaN/GaN异质结生长进行了系统研究。基于磁控溅射AlN/原位AlN复合成核层结构生长的AlGaN/GaN异质结在刃型和总位错密度大幅下降到6.02×108及6.33×108 cm-2的同时,还具有粗糙度低至0.109 nm的光滑平整表面,2DEG迁移率、2DEG面密度及方块电阻分别达到2038.56 cm2/V·s、8.17×1012 cm-2和374.9Ω/□。针对不同AlGaN/GaN异质结中位错密度变化特征,结合AFM、HRXRD、光致发光(Photoluminescence:PL)、阴极荧光(Cathodoluminescence:CL)、透射电子显微镜(Transmission electron microscope:TEM)、拉曼以及霍尔效应等测试分析结果,提出了不同AlN成核层结构的AlGaN/GaN异质结生长中的位错湮灭机制。3.针对应用于电子器件领域的蓝宝石基AlGaN/GaN异质结生长的磁控溅射AlN成核层技术研究较为缺乏的现状,本文基于低损伤凹槽刻蚀、低功函数W金属肖特基接触等先进电子器件制造工艺,在磁控溅射AlN成核层的AlGaN/GaN异质结材料上研制了高性能凹槽阳极SBD器件。制备的SBD器件具有低至0.275 V开启电压、高达333.8m A/mm@+3 V正向电流以及6.1Ω·mm微分导通电阻等出色的正向特性,还具有低至10μA/mm@-100 V反向漏电与高达1950 V反向耐压等良好的反向特性,而温度上升100 K时,正向电流仅下降25%,反向漏电只增加5.4倍。4.研究了复合AlN成核层结构对凹槽阳极AlGaN/GaN异质结横向SBD器件的影响。磁控溅射AlN/原位低温加高温AlN的复合成核层的AlGaN/GaN异质结制作的SBD器件在保证低开启电压的基础上,将+3 V偏置下的正向导通电流提升了12%,反向耐压从1950V提高到了2250 V。SBD器件性能的提升同样验证了磁控溅射AlN/原位低温加高温AlN的复合成核层有助于进一步提高AlGaN/GaN异质结材料的生长质量。综上所述,本文针对基于Al预淀积与复合AlN成核层技术的高质量AlGaN/GaN异质结材料生长、高性能凹槽阳极横向SBD器件制造以及复合AlN成核层结构对AlGaN/GaN异质结SBD器件的影响等进行了全面系统的研究,大幅度提升了蓝宝石衬底上生长的AlGaN/GaN异质结材料及其SBD器件的研究水平。本文取得的多项成果对后续电子器件的研究具有重要的指导意义和参考价值。
李占国[2](2020)在《基于氧化锌微结构的电泵浦激光器件研究》文中提出氧化锌(ZnO)是直接带隙半导体,其带隙宽度为3.37 eV,具有大激子结合能(60 meV)、强抗辐射性等优点,使其在紫外探测器、发光二极管以及紫外半导体激光器等方面具有非常重要的应用价值。近年来,通过人们不断努力,ZnO基电泵浦激光器件的研究取得了很大进步,但其性能距离真正实用化要求仍有巨大差距。本论文聚焦ZnO基电泵浦激光器件研究中的困难与不足,尝试从器件结构上进行创新,取得的主要创新性成果如下:(1)实现了基于单根Ga掺杂ZnO(ZnO:Ga)微米带异质结的电泵浦随机激光器件:利用化学气相沉积工艺合成了大尺寸、高结晶质量的ZnO:Ga微米带。微米带相较于其他微纳米结构有助于更高的载流子注入。利用单根微米带与pGaN构筑了异质结器件,器件在反向偏压下,当注入电流超过15 mA时,电致发光(EL)谱上会出现明显的尖锐发射峰。随着反向注入电流的变化,发射强度呈非线性增长,揭示了从自发发射到受激发射的转变。在异质结器件中实现了随机激光,充分证明了ZnO:Ga微米带具有较高的结晶质量和优异的光学、电学特性,可用于电泵浦紫外激光的研究。(2)实现了基于单根ZnO:Ga微米带异质结的电泵浦F-P模式激光器件:ZnO:Ga微米带具有矩形的横截面,其两侧光滑的介质表面可以被用来设计成FP模式谐振腔,进而实现在增益介质中的光放大。利用单根ZnO:Ga微米带和pGaN薄膜构筑了异质结器件,得益于强激子-光子耦合和天然结构的波导特性,成功实现了电泵浦F-P模式激光。波导发射特性可归因于强激子-光子耦合,发生于微米带矩形横截面上。在较低的反向偏压下,可以观察到电驱动的激子-极化发光行为。特别地,施加的偏压超过某一阈值,就可以观察到电泵浦F-P模式激光行为,激射峰分别以410.5 nm和450.5 nm为中心,伴随着半峰宽的急剧变窄,窄至1.0 nm。该结果不仅为相干光源和波导谐振器的制造打开了大门,而且为探索电泵浦低阈值ZnO激光器提供了思路。(3)实现了基于ZnO:Ga微米线十字交叉结构的电泵浦等离子体激光器:利用单根ZnO:Ga微米线与另一根被Au纳米颗粒修饰的ZnO:Ga微米线构筑了十字交叉结构器件。交叉区域两根微米线的光滑介质表面和中间的Au纳米颗粒形成了表面等离子体纳米光学谐振腔。在一定电驱动下,夹层中Au纳米颗粒中的表面等离激元被激发。当微米线两端的电压达到一定阈值条件时,交叉区域会形成强电场,Au纳米颗粒表面等离激元被放大,形成受激辐射。在交叉区域可以观察到明亮的局域化的可见光发射,并且在EL谱中出现一个尖峰。光谱的主要发射波长是以550 nm为中心,半峰宽迅速收窄至2 nm,表明十字交叉结构微米线的EL特征发生了转变,而这种转变来自于荧光发光到受激辐射放大的过渡。因此,基于十字交叉结构实现了电泵浦等离子体激射现象,为研究电泵浦等离子体激光器提供新思路。
金山[3](2020)在《(Al)GaN半导体材料掺杂的理论计算》文中研究说明Ⅲ族氮化物材料是目前半导体领域的研究重点,氮化镓(GaN)和氮化铝(AlN)及相关的多元合金等氮化物具有直接带隙,较高的光电转换能力,较高的电子饱和速率和热导率、化学性质稳定和抗辐照能力强等特性,在大功率、高频、耐高温半导体器件领域取得了突破性进展。氮化物中存在的杂质缺陷往往对材料乃至器件的性能有决定性的影响。施主或受主杂质的微量掺杂会使材料表现n型或p型,并对器件的性能产生重大影响。因此,对掺杂的研究对提升材料和器件性能以及研究其失效机理具有至关重要的作用。随着算法的发展和计算机功率的增加,采用第一性原理方法能够模拟更大更复杂的微观体系性质,同时准确性也达到前所未有的水平,基于密度泛函理论的第一性原理方法成为半导体材料和器件的研究的有力工具,能提供了有关材料原子结构的详细信息。本文基于密度泛函理论,围绕(Al)GaN半导体材料,开展如下工作:1)氮化镓(GaN)和氮化铝(AlN)掺杂性质的理论计算研究。首先对GaN和AlN基本性质进行计算,分析GaN和AlN电子结构的异同点。由于氮化物材料生长过程中常常表现出无意的n型电导率,本征缺陷起到非常大的作用,这也是p型掺杂困难的原因,因此需要对GaN和AlN的本征缺陷行为进行分析。在此基础上研究生长过程中C杂质的掺入对材料性质的影响。通过杂化密度泛函计算,分析得到Ⅲ族氮化物材料P型掺杂难以实现的原因。2)基于以上计算,进一步开展GaN中Be掺杂受主的结构和电子性质第一原理杂化密度泛函模拟。结果表明,Be受主具有亚稳态构型(SB2-AX),与基态构型(SB1-AX)非常相似。这两种构型具有几乎相同的电离能(0.72eV和0.80eV)和发射峰(1.73eV和1.71eV),能都解释实验中黄色PL波段的磁共振各向异性。此计算结果加深了对GaN中Be掺杂的理解,为检测氮化物基电子器件和光学器件的缺陷特性提供了指导。3)开展了Al1-xGaxN外延层应变的第一性原理研究。在GGA水平上计算六方结构GaN和AlN的非线性力学性能,采用应变-能量关系法求解三阶弹性常数,对无序外延材料的弯曲系数等参数进行预测。分析不同衬底上不同外延层的应变能和内应力变化过程,发现在AlN衬底的外延结构中,随着镓含量的增加,非线性效应对内应力的影响高达29.4%,从而充分证明了非线性力学响应对半导体材料和异质结结构的巨大影响。4)开展了(AlN)5/(GaN)1超薄量子阱(Ga δ-doping)电学及非线性光学性质的理论计算研究,探究超晶格结构对材料的电子结构和光学性能的影响。基于密度泛函理论(DFT),对(AlN)5/(GaN)1超薄量子阱,(AlN)m/(GaN)n(m+n=6)结构和(AlN)m/(GaN)1(m=1,3,5,7)的能带和偏振光学特性进行讨论。结果发现(AlN)5/(GaN)1特殊的超晶格结构使材料中的△cr由-231.8meV(AlN)转变为202.5meV,正向的TE模偏振光成为发光模式的主导。此外还讨论了 Si掺杂对(AlN)5/(GaN)1超胞量子阱的电子结构和光学性能的影响。最后进一步讨论特殊的微观结构(AlN)m/(GaN)n(m+n=6)和(AlN)m/(GaN)1对偏振光学特性的影响。
高雪[4](2020)在《半导体和有机物材料的自旋注入研究》文中研究指明半导体自旋电子学领域的研究可以将半导体与磁性材料的优势结合在一起。甚至可以在单个芯片上集成存储,检测,逻辑和通信等不同的功能。氮化镓(GaN)是具有高热稳定性的宽带隙半导体,通常被用于光电,高频和高功率微电子领域。GaN具有弱的自旋轨道相互作用,并且具有较长的自旋弛豫时间,这使得GaN成为一种非常适合半导体自旋电子学研究的材料。与无机自旋电子器件相比,有机自旋电子器件也非常吸引人,因为有机材料的电荷载流子的自旋寿命长,而且其成本相对较低,并且具有柔性和化学多样性。近年来,关于半导体自旋电子学和有机自旋电子学的研究引起了人们极大的兴趣。在本论文中,我们研究了包含砷化铟(InAs)/砷化镓(GaAs)量子点和铟镓氮(InGaN)/GaN量子阱的自旋发光二极管(Spin-LED)中的自旋注入。此外,我们还研究了有机多铁性隧道结的铁电性能。首先,我们研究了包含单层p掺杂InAs/GaAs量子点(QD)的spin-LED,在零施加磁场下,其发射光的圆偏振度(Pc)高达18%。与偏置电压的依赖关系表明,在10K时,偏置电压为2.5V(对应于6μA)时,自旋偏振度达到最大值。此外,温度对Pc也有很强的影响,在60K-80K温度范围前后Pc有显着变化。最后,我们从辐射复合时间τr和自旋弛豫时间τs之间的竞争关系讨论了偏振度与偏压和温度的依赖关系。对p掺杂InAs/GaAs QD spin-LED的自旋弛豫机制的理解有助于进一步提高spin-LED的器件性能。另外,我们在GaN上实现了具有垂直磁各向异性的自旋注入结的外延生长,并研究了 GaN spin-LED的自旋注入过程。我们研究了 Fe/MgO和Co/MgO两种自旋注入结。首先,通过使用原位反射式高能电子衍射仪和原子力显微镜研究了温度对MgO生长的影响。然后,我们研究了 Fe或Co在MgO/GaN上的生长。与Fe/MgO相比,Co/MgO自旋注入结具有明显的垂直磁各向异性。此外,我们通过第一性原理计算来了解Co/MgO(111)界面上的垂直磁各向异性的起源。最后,在n-i-p型GaNLED结构上生长了 Co(0001)/MgO(111)自旋注入结并制备了 GaN spin-LED器件。然而,在偏振分辨的电致发光谱测量中未检测到圆偏振光发射。这可能是由于在Co/MgO界面处形成的氧化层或是由于未优化的GaN LED结构导致。最后,我们研究了基于掺杂有四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒的聚偏二氟乙烯(PVDF)势垒的有机多铁性隧道结。有机多铁性隧道结最近吸引了很多关注,因为它们可以结合自旋电子学,有机电子学和铁电电子学的优点。我们成功地制备了La0.6Sr0.4MnO3/PVDF:Fe3O4/Co有机多铁性隧道结,结果表明,在PVDF势垒层中加入Fe3O4纳米颗粒可以显着改善该有机多铁性隧道结的铁电性能。PVDF:Fe3O4基有机多铁性隧道结在10K时显示出约450%的高隧穿电致电阻(TER),是纯PVDF基有机多铁性隧道结的6倍。此外,两种极化态之间的高能量势垒(14meV)保证了含有Fe3O4纳米颗粒的有机多铁性隧道结具有更好的热稳定性,即使在室温下也能保持100%的TER。含有PVDF:Fe3O4纳米复合材料的有机多铁性隧道结的铁电性能的提高将促进有机多铁性隧道结在记忆电阻器和自旋电子学中的应用。
翁瑶[5](2019)在《Si(110)衬底上AlN薄膜的激光分子束外延法制备及其光电性能研究》文中进行了进一步梳理AlN薄膜以其优异的性能在光电子和微电子领域具有广泛的应用前景。单晶Si已经大规模应用于微电子领域,相比于Si(111)和Si(100)晶面,Si(110)晶面与AlN之间存在更小的晶格失配与热失配。所以在Si(110)衬底上外延生长AlN薄膜可以降低薄膜的缺陷密度,提高其结晶质量。本论文采用激光分子束外延法在Si(110)衬底上制备AlN薄膜,研究了不同工艺参数对AlN薄膜的结晶质量、表面形貌、光学性能和电学性能的影响,主要研究结果如下:1)在Si(110)衬底上直接制备出了呈(200)面单一择优取向的立方闪锌矿结构的AlN薄膜,薄膜与衬底的取向关系为AlN(100)//Si(110)。由于Si(110)衬底与立方AlN薄膜之间的晶格失配较大,薄膜中存在失配应力。制备高质量立方AlN薄膜的较优工艺参数是:衬底温度为750℃、氮气分压为0.5Pa、激光频率为8 Hz。AlN/Si(110)的界面清晰平滑,AlN薄膜在靠近衬底一侧存在厚度约为67 nm的应变层。2)不同工艺条件下制备的立方AlN薄膜在可见光区域的反射率大约为45%,在波长约为260 nm左右存在一个非常明显的吸收峰。基于立方AlN薄膜的反射光谱,得到了不同工艺条件下制备的立方AlN薄膜的禁带宽度,其值随晶格畸变量的增加而降低。3)立方AlN薄膜的PL光谱都分别在波长为420 nm处的蓝光区和500nm处的绿光区有两个发光峰,对应的能量分别是~2.95 eV和~2.48 eV。薄膜在420nm蓝光区的发光峰是由VN从浅能级向ON-VAI(Al空位)深能级辐射跃迁产生的,绿光区500 nm左右的发光峰是由VAl和价带之间的辐射复合产生的。4)采用激光分子束外延法制备出的立方AlN薄膜为p型半导体。AlN/Si(110)p-n结有很好的整流特性,对I-V曲线进行log-log拟合发现,p-n结的电流传输机制符合空间电荷限制传导机制。5)AlN/Si(110)p-n结的EL光谱结果表明,薄膜在波长为500 nm~600 nm范围内有黄绿光发射,发光最强中心为531 nm,相应的复合能量为E=2.34eV。随着电流的增加,发光强度也随之增强。当正向电流为32mA时,异质结的发光强度最强。
林思棋[6](2018)在《LED光效及热特性分析研究》文中认为LED作为新一代照明能源,在能源危机日益加重的背景下引起科研人员和公众的高度重视并受到全世界的推广。然而,在全球布局LED应用产品的今天,LED逐步向大功率方向发展,伴随而来的热问题越来越突出。尽管很多新的技术已经被开发出来用于LED散热,然而目前商用的LED产品其70%的电输入功率以热的形式浪费,自热效应对LED发光效率的影响依然非常突出,大功率LED的热损耗更为严重。本文主要研究了 LED结温的测试方法,提出一种可行的LED测量方案,其次研究了 LED温升对量子效率和能量转换效率影响的研究,最终优化散热热沉。主要的工作以及创新点有以下几个方面:LED结温的测量。半导体中载流子的浓度决定了器件的许多电性能,而温度的高低与载流子浓度息息相关,因而准确测量结温在LED研究中扮演着重要的角色。目前结温测试方法有多种,每种方法都有各自的优缺点,根据现实场合的需要可以选择不同的测量方案。本文以肖克莱方程为基础,归纳整合肖克莱方程中温度相关参数,通过数学推导出一个关于电流电压和结温的关系式。通过该关系式我们获得在电压恒定的情况下,LED的电流对数与温度的倒数线性相关,并充分使用该关系提出一种测量LED结温的方法。采用该方法只要事先测量电流结温关系式中的温度敏感系数,采集LED的电流即可获得结温。我们实际测试蓝光和白光LED在不同温度下的电流来验证该理论模型的正确性,同时与同样条件下利用正向电压法测出来的结温相对比,发现两者结果相差无几。使用这种方法测量LED时,我们观察到在测试电压范围为2.0 V到2.5 V时,采集的电流随温度变化相对比较灵敏。而且在2.4 V时,电流值对数与温度值倒数的线性比例系数达到峰值,意味着在该电压条件下,测量灵敏度最高。该方法具有以下优点:1、降低了 LED自热效应带来的系统误差,提高了测量的精确度。2、在灵敏度上相对于与正向电压法灵敏度高出两个数量级,在检测温度变化较细微的情况下更具优势。3、该方法避免了光谱法所需要的暗室环境及昂贵的光谱仪设备采集分析光谱,降低企业和实验室成本。自热效应对量子效率影响。随着驱动电流的升高,一方面量子阱载流子浓度升高引起俄歇复合或载流子溢出,另一方面热功率变大导致结温上升,两者共同导致LED的量子效率下降。散热封装的设计主要就是将这部分热及时传递到外界空中,以降低其对LED的负面作用。为精确量化这部分热对LED量子效率的影响,我们通过数学推导将电流和结温单一因素对量子效率的影响区分开来,引入TIP作为温升引起的量子效率下降。在模型中,我们提出了参数TIP作为电流上升自热效应对量子效率的惩罚,并获得一种测量无自热效应影响的LED量子效率。通过我们建立的模型,我们在测试红绿蓝三款LED发现,排除TIP之后,蓝光和绿光LED随电流上升发生量子效率下降现象,而红光LED未出现。从实验结果来看,热引起的量子效率下降在所有LED均存在,并且严重降低了量子效率。本章节的亮点在于:(1)用TIP来量化自热效应对LED量子效率的影响以及判定LED封装的性能,即能直观判定LED的封装散热能力优良情况,又能量化热引起的量子效率结果;(2)通过间接的方法,完全消除了自热效应的影响。电压对LED能量转换效率的影响。能量转换效率是衡量LED节约功能的最直接体现。当正向电压Vf<Vg,由于注入电子的能量低于发出光子的平均能量,因而发生辐射复合需要吸收外界能量。因此,在小电压区域,通过抬高外置电压或提供热量也能够促进量子效率的上升。当Vf= Vg时,LED的量子效率达到峰值,此时电子的能量与辐射光子的平均能量相匹配。当Vf>Vg时,我们认为,如果LED的载流子从电源中获得的能量大于其辐射光子时,若该载流子发生辐射复合,其剩余能量将以热的形式释放。根据该假设,我们从理论上分析了能量转换效率与量子效率和外置电压之间的关系,建立了简单的数学模型。我们搭建实验,通过使用率最为广泛的红绿蓝和紫外四种LED作为实验样品,验证本方法的可靠性。通过误差分析,从能量转换效率计算出来的量子效率与光谱仪测量出的量子效率误差不超过1.4%。由于光谱随电流变化会发生红移或者蓝移,直接对最终的测量结果会产生一定的误差,但光谱移动引入的误差在一般工作条件下为仅为1.2%,可以忽略不计。大电流情况下能量转换效率下降来源于两个方面原因,一个是量子效率下降,另一个是外置电压过高引起参与辐射复合的载流子能量剩余,且后者是引起能量转换效率下降的主要原因。优化散热热沉。LED芯片面积小,需要外置散热器件辅助才能将其产生的热量导入到空气中。降低LED芯片的温度可以改善LED的效率,对发挥LED节约能源优势具有重大作用。利用翅片沿半径方向绕着周边排布能够提高热沉的散热效果。选择了一款通用的圆板加多个星射线翅片作为研究对象,建立该样品的物理模型并用COMSOL进行数值模拟分析。将模拟结果于热电偶测量的结果进行比较,在相等热功率的作用下,热源的平均温度最大误差不超过3%。改变网格的数量,在网格数量相差较大的情况下,热源的平均结温基本不变,证明仿真结果与网格无关。然后改变翅片的外形,研究翅片的散热能力与长宽厚以及数量之间的关系。结果表明,(1)长度方面,随着翅片长度的增加,翅片的散热效果会呈现先增强后减弱,下降的原因是小的翅片间距阻碍空气从外部流通到散热热沉中心,从而引起整体散热效果变差;(2)数量方面,翅片数量的增加会导致翅片的密集程度加大,片与片之间的距离减小使气流受到阻碍,最终引起散热效果也是先增强后变弱;(3)外宽内窄的梯形翅片可以比长方形翅片提供更大的冷却功效。从中我们归纳了几个在翅片散热中需要注意的事项。(1)基板圆板由于靠近热源,温度比较高。圆形底板的外围空气冷,流动几乎无阻碍。因此在圆盘周边温差大,流速快,对流传热效率高,应当在此适当增加翅片的面积或数量。(2)翅片群的中心或圆盘的中心温度最高,然而周边流速几乎为零,导致热空气滞留,不利散热。设计时应该从外部导入冷空气。(3)翅片的长度应当选择合适的尺寸,避免阻碍空气流通从而引起整体散热效果变差。(4)提高表面辐射系数能有效改善热沉散热。
陈成[7](2017)在《低维ZnO纳米结构的制备及其异质结紫外发光二极管研究》文中提出氧化锌(ZnO)材料为典型的第三代宽禁带半导体,拥有较宽禁带宽度(3.37 eV)及直接带隙的能带特点。ZnO具有高的激子束缚能,能替代GaN材料实现室温或者更高工作温度下高效的紫外激子发光。相比ZnO薄膜跟块体材料,纳米结构的ZnO显示出多变的形貌特征以及制备的多样性,呈现出不同的光电特性。通过将低维ZnO纳米结构材料应用于发光二极管中会极大的降低器件的制备成本。在稳定可靠的p型ZnO仍未实现的背景下,本文以ZnO基异质结紫外发光器件的开发为主要内容,通过将ZnO的异质结构作为切入点,在引入低成本的一维ZnO纳米棒、零维ZnO量子点的同时,系统研究了低维ZnO纳米结构的制备与物理特性,并结合其结构特点构建了差异化的器件结构,以实现ZnO高效的短波长紫外发射。(1)采用滴液-覆盖法在Si片上制备了 ZnO种子层,作为随后ZnO纳米棒生长的籽晶层,然后利用漂移法自组装了大面积单层密排的聚苯乙烯(PS)微球薄膜,结合纳米球刻蚀技术,利用TiO2胶体反向复制PS球自组装单层,获得了反蛋白石结构模板,并以此为模板通过水热法成功制备了高度垂直有序的一维ZnO纳米棒阵列,研究了水热生长过程中反应时间、反应浓度对ZnO纳米棒形貌的影响。通过对ZnO纳米棒的生长形貌的演化分析进而探讨了水热法生长ZnO纳米棒的生长机理。排列有序的ZnO纳米棒阵列在直径跟高度上有着高度的一致性,纳米棒沿[0001]方向生长,强而尖锐的带边发光峰及弱的深能级发光说明ZnO纳米棒阵列有良好的光学性能,同时Raman测试中B1(low)模的缺失显示出图案化ZnO纳米棒阵列有着良好的晶体质量。(2)通过在p-GaN上采用Ga液滴法外延生长GaN量子点,研究了不同的退火温度、生长过程以及降温过程中NH3流量的变化对GaN量子点的直径、高度以及密度的影响。由于nanodrill效应,这些GaN量子点在形成过程中出现纳米环的形貌。利用GaN量子点表面能高的特点,研究了以GaN量子点作为模板水热法生长一维ZnO纳米棒。实验结果表明,通过调节GaN量子点的密度可以实现调控ZnO纳米棒阵列的密度,同时证明GaN量子点确实对ZnO纳米棒起到了成核作用。另外,实验发现在具有纳米环形貌的GaN量子点上生长ZnO纳米棒会出现直径粗、细两种纳米棒,分别位于GaN量子点环中和环壁,以此探讨了 GaN量子点对水热生长ZnO纳米棒的成核机制。(3)利用Al掺杂ZnO(AZO)透明导电玻璃为衬底水热法制备了一维ZnO纳米棒。为避免带有结构缺陷的ZnO籽晶层对LED器件发光性能的影响以及充分发挥一维ZnO纳米棒的单晶优势,提出了一种新型的直接表面贴合结构在一维ZnO纳米棒顶端与p-GaN之间制备了高质量的n-ZnO/p-GaN异质结,实现了发光中心波长在390 nm的近紫外发射,器件的电致发光光谱中无任何缺陷相关的深能级可见光。通过对电致发光光谱的高斯拟合发现,该器件的近紫外发射源自于n-ZnO纳米棒、p-GaN以及两者的界面,同时结合能带结构图给出了器件的发光机制。(4)通过低温溶液法以NaOH和乙酸锌为原料制备了直径大小约7 nm的ZnO量子点,并引入MgO作为电子阻挡层,设计了 n-ZnO QDs/MgO/p-GaN全无机的LED。从器件的电、光学性能表征测试中发现,该器件在正向偏压(n-ZnO接负极)下不发光,只有在反向偏压下才有光发射出,而且随着反向偏压的增大,ZnO缺陷相关的深能级可见光被抑制住,当施加的反向电压达到25 V时,器件获得了纯的370 nm紫外发射,半高宽仅7.5 nm,并对器件反向偏压下的能带图进行了分析和探讨揭示了该现象的成因。为评价器件的稳定性,将器件放置空气环境中暴露一个月时间,实验结果发现,ZnO量子点的近带边发射减弱,而深能级可见光发射强度增强,这与量子点表面吸附的O2和OH-(水蒸气)等作为受主型和施主型表面态有关,使得表面无辐射复合和表面中介的深能级复合增加,进而导致器件的发光效率降低。(5)为提高LED的量子效率,将Ag纳米粒子引入ZnO量子点中,利用ZnO量子点的量子限制效应结合Ag纳米颗粒局域表面等离激元(LSP)两者的优势,通过Ag LSP和ZnO激子的共振耦合效应及球形金属纳米粒子LSP本身的强局域场各向同性散射效应,来改善器件的紫外光发射效率。利用溶剂热法成功制备了平均直径为40 nm,LSP共振中心峰位处于400 nm处的类球型的Ag纳米颗粒,通过优化介电层MgO薄膜的厚度,以平衡LSP近场耦合与非辐射共振能量转移,最终实现了 4.3倍近紫外电致发射增强,并提出了异质结界面处电荷传输模型以解释发光增强的原因。
陈昭[8](2017)在《ZnO异质结电致发光和光电探测器件研究》文中研究指明第三代直接带隙宽禁带半导体氧化锌(ZnO),因其具有大的禁带宽度(3.37 eV),高的激子束缚能(60meV),资源丰富,无毒无污染,而且容易被湿法刻蚀等优点,近年来受到了广泛的研究与关注。尤其是在发光二极管和紫外光电探测器等领域,ZnO被认为是非常有潜力取代GaN的新一代主体材料。然而ZnO稳定可靠的p型掺杂至今仍未实现,ZnO基发光二极管以及探测器的性能与GaN器件相比还有一定的差距。由于p型ZnO在实验制备上往往需要金属有机化学气相沉积或分子束外延等较昂贵的设备,研究门槛和成本较高,因此很多研究人员致力于ZnO异质结光电器件的研究。ZnO异质结光电器件结构多样,性能奇特,很多物理机制有待进一步探索。ZnO异质结器件的深入研究不仅能为ZnO的应用开辟新的思路,而且能够加深对ZnO材料的认识,为ZnO同质结光电器件的发展和应用铺平道路。本论文以ZnO异质结为切入点,设计并制备了多种结构的光电器件,取得了一些有趣并且有意义的研究成果:(1)利用脉冲激光沉积的方法,在n型GaN衬底生长了n-GaN/i-HfO2/n-ZnO同型异质结发光二极管,器件不仅在直流偏压下可以双色发光,在正弦交流驱动电压下依然能够工作。当把对称的交流驱动电压调制为非对称驱动信号时,器件可以实现近白光发射。HfO2在异质结中充当了电子阻挡层的作用,通过高分辨透射电子显微镜分析发现HfO2中间层为多晶,主要以单斜相存在,ZnO薄膜具有较高的结晶质量且与GaN衬底的生长取向保持一致。变换直流偏压的极性,器件的发光光谱有明显的区别。在正向偏压下,主要以GaN缺陷对应的可见发光带为主,在反向偏压下则主要以ZnO的紫外近带边发光为主。施加50Hz对称正弦交流驱动电压时,器件也有电致发光产生,且发光光谱与直流正向偏压发光光谱类似,这主要是由于正向发光的阈值电压和反向发光的阈值电压相差较大的原因。当我们把对称交流驱动信号调制为合适的非对称信号时,正反偏压下的发光光谱可以整合到一起,实现了近白光发射。这种简单通过变换驱动电压改变器件发光颜色的方法可能对单芯片多色发光二极管的发展以及白光照明显示提供一定的借鉴意义。(2)用脉冲激光沉积的方法在p-Si衬底上制备了 p-Si/HfO2/n-ZnO异质结发光二极管,发现HfO2层的插入能够有效提高p-Si/n-ZnO异质结器件的发光性能。当插入HfO2的厚度为40 nm时,器件的发光性能最好,发光峰主要由ZnO的近带边发光(~392nm)和较强的可见发光带组成。I-V和C-V测量的结果表明插入合适厚度的HfO2能够有效平衡注入ZnO中的电子和空穴,导致ZnO辐射复合的增强,器件的发光性能也会随之提高。为了探究器件发光的来源,我们对发光光谱进行高斯分峰拟合,发现发光光谱来源于五种不同的跃迁过程。希望该研究结果会对ZnO发光二极管与Si平面工艺的结合提供一定的借鉴意义。(3)结合ZnO纳米线阵列和p型NiO薄膜,制备了 p-NiO/nn-ZnO异质结发光二极管。由于ZnO纳米线具有一定的高低起伏和不均匀性,在溅射NiO之前溅射一层Hf02薄膜,可以部分填充ZnO纳米线之间的空穴,有效防止器件上下电极的短路。有趣的是,制备的p-NiO/HfO2/n-ZnO纳米线器件只在反向偏压下才有电致发光现象,发光峰主要在385 nm附近,对应了 ZnO的近带边发光。去掉p型NiO层之后,器件在反向偏压下依然有电致发光,结合能带图重点探讨了器件反向发光的机理。(4)基于p-NiO/n-ZnO纳米线异质结,我们制备和研究了可以在零偏压下工作,全无机、窄响应谱和快速响应的紫外光电探测器。ZnO纳米线有较大的比表面积,p-NiO/n-ZnO纳米线异质结拥有比平面异质结大的多的结面积,相比电致发光器件而言,该结构可能更适合于光电探测。但是ZnO纳米线的表面氧吸附会造成表面缺陷态的增多,对光生载流子的收集不利。利用原子层沉积生长的A1203钝化ZnO纳米线表面可以有效降低ZnO的表面缺陷态密度,改善p-NiO/n-ZnO异质结的界面特性。插入A1203层后,器件430到500 nm范围内可见光响应被抑制,并且响应谱的半高宽小于30nm。在零偏压下,器件对380nm(0.36 mW/cm2)的紫外光的响应度为1.4 mA/W,响应恢复时间均小于0.04s。这种简单界面修饰的方法可能会对ZnO基窄谱紫外光电探测器的发展提供一定的借鉴意义。
李扬扬[9](2015)在《GaN纳米柱的发光特性研究》文中提出以GaN为代表的Ⅲ族氮化物半导体材料,近年来得到了快速发展。由于其具有传统半导体材料不具备的独特的光学和电学性能,如从0.7eV到6.2eV连续可调的宽的直接带隙、大的激子束缚能、高热导率等,GaN基半导体材料已成为制备光电子器件的首选材料。当前,随着理论和技术的快速发展,对GaN基半导体材料的研究与应用也转向了新的方向—材料及器件的纳米化。由于他们的光电性质因显着的量子效应会出现与块体材料不同的新的特点以及他们将在构筑纳米光电子器件的进程中充当非常重要的角色,GaN基纳米材料的研究越来越受到人们的关注,特别是GaN纳米柱结构作为一种新奇的纳米材料,成为当前GaN基纳米材料科学领域的前言和热点。本论文围绕GaN纳米柱的光学性质展开研究。首先运用室温变功率光致发光(PL)谱的方法,研究了GaN纳米柱和GaN薄膜(作为参考)的光致发光特性,然后进一步分析了在固定激发光功率下,GaN纳米柱和GaN薄膜的量子效率表现。得到的主要现象及结论如下:(1) GaN纳米柱和薄膜的光致发光谱中均有三个发光峰,分别是位于362nm左右的带边峰,位于434nm左右的蓝光带峰及位于550nm左右的黄光带峰。另外,两个样品的带边峰起源不同,这会导致在最高激发光功率时,相对于薄膜,纳米柱中参与带边辐射复合的载流子比例增大的程度稍微小于激发光功率0.5mW时。(2)在整个激发光功率范围内,GaN纳米柱的带边峰积分PL强度与蓝光带、黄光带积分PL强度的比均大于薄膜中相对应的值,这表明纳米柱的光学质量高于薄膜。(3)随激发光功率增加,纳米柱中参与带边辐射复合的载流子比例不断大于薄膜,相应的,参与蓝光带及黄光带辐射复合的载流子比例不断小于薄膜。这是由纳米柱中相对较小的点缺陷密度引起的,小的点缺陷密度促使光生载流子更易进行带边辐射复合,并且随激发光功率增加,该促进作用不断增强。同时,这也解释了随激发光功率增加,纳米柱的带边峰峰强由小于变为逐渐大于黄光带峰强,而薄膜的带边峰峰强始终小于黄光带峰强这一实验现象。(4)实验中发现,GaN纳米柱的带边峰强是薄膜的14倍,积分PL强度是薄膜的12.2倍,这表明GaN纳米柱具有比薄膜更高的内量子效率和光抽取效率。(5)建立了一种新模型,研究了GaN纳米柱和薄膜的内量子效率关系。计算结果表明GaN纳米柱的内量子效率比薄膜高2-3倍。同时,此模型也证明了传统测量内量子效率的方法是不适合本项研究中的纳米柱结构的。
张涔[10](2014)在《金属局域表面等离子体修饰的ZnO异质结紫外光发射器件研究》文中提出宽禁带(3.37eV)半导体ZnO具有高达60meV的激子束缚能,易在高温下获得激子发射,是发展紫外光发射器件的理想候选材料。目前已成为继GaN之后第三代半导体材料领域的研究热点。在ZnO p型掺杂存在巨大挑战的现状下,构筑ZnO基异质结光发射器件不失为一种理想策略。提升ZnO光发射器件的效率一直是研究人员不懈追求的目标。近年来,金属局域表面等离子体具有高的空间局域特性和强的局域场增强特性,被认为是提高发光效率的有效手段之一。本论文在制备了ZnO基金属-绝缘体-半导体(MIS)异质结构和PIN异质结构发光二极管(LED)的基础上,引入Ag纳米粒子的局域表面等离子体(LSP),构筑了Ag LSP增强型ZnO基LED原型器件;利用Ag LSP与ZnO激子的共振耦合效应,提高了器件的内量子效率和光萃取效率;系统研究了AgLSP的性质、器件结构等因素对ZnO基LED性能的影响;针对不同器件的结构特点,揭示了发光增强的内在物理机制。主要研究内容如下:设计并制备了基于Au/MgO/Ag/MgO/ZnO MIS异质结构的Ag LSP增强型ZnO紫外LED器件。该器件中,MgO层除了具有电子阻挡层和空穴注入层的功能之外,还兼具LSP与激子耦合的介电间隔层。揭示了两层MgO厚度比例对Ag LSP增强ZnO紫外光发射的影响规律和调节作用。兼顾LSP消逝波特性、非辐射能量转移、电荷输运过程等因素,优化了MgO层厚度,实现了最大10倍的ZnO紫外电致发射增强。时间分辨光谱测量表明:Ag LSP与ZnO激子的共振耦合作用导致ZnO自发辐射速率增加(即:内量子效率提升)。新奇的结构设计为构造金属LSP修饰的ZnO基MIS异质结器件提供了帮助。设计并制备了Ag纳米粒子LSP增强型n-ZnO/ZnO纳米柱阵列/p-GaN异质结构LED器件,在ZnO纳米柱表面包覆MgZnO壳层,通过优化MgZnO间隔层厚度,实现了10倍的ZnO紫外电致发射的选择性增强。虽然Ag LSP的引入导致ZnO自发辐射速率显着增加,但器件发射增强机制无法归因于Ag LSP与有源区中ZnO激子的直接耦合,因为Ag纳米粒子与有源区的“遥远”距离与LSP的近场特性矛盾。器件发光强度空间分布的理论模拟与实验测量表明:ZnO/MgZnO核壳纳米柱作为光波导限制了电致发光在其内部的传播。据此,我们提出了一个包含了结区发光、波导模式传输、ZnO发光的自吸收与再激发、ZnO激子与Ag LSP耦合多个过程的物理模型解释了器件发光增强机制。此外,Ag纳米粒子LSP对光的萃取作用也是器件外量子效率提升的原因之一。基于Ag纳米粒子LSP共振峰与ZnO紫外发射峰的匹配问题,我们作了一点尝试与展望,利用LSP共振频率可调范围更大的Ag纳米线代替Ag纳米粒子,构造了如上所述的相同器件结构。初步得到了ZnO紫外光致发光增强,为我们以后构建基于此结构的电致发光器件打下了基础。
二、GaN基光发射二极管中深能级研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、GaN基光发射二极管中深能级研究(论文提纲范文)
(1)基于Al预淀积与复合AlN成核层技术的高性能AlGaN/GaN异质结及其SBD器件研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号对照表 |
缩略语对照表 |
第一章 绪论 |
1.1 课题研究背景与意义 |
1.2 GaN材料生长技术研究进展 |
1.3 GaN功率电子器件的研究进展 |
1.4 AlGaN/GaN异质结SBD器件的研究进展 |
1.5 课题研究内容及章节安排 |
第二章 AlGaN/GaN异质结物理基础及其MOCVD生长表征技术 |
2.1 AlGaN/GaN异质结物理基础 |
2.1.1 AlGaN/GaN异质结中的极化效应 |
2.1.2 AlGaN/GaN异质结中2DEG低场迁移率物理基础 |
2.2 AlGaN/GaN异质结材料生长的MOCVD技术简介 |
2.3 AlGaN/GaN异质结材料的主要表征测试技术 |
2.3.1 高分辨率X射线衍射分析 |
2.3.2 拉曼光谱分析 |
2.3.3 光致发光光谱分析 |
2.3.4 阴极荧光分析 |
2.3.5 原子力显微镜分析 |
2.3.6 透射电子显微镜分析 |
2.3.7 霍尔效应分析 |
2.4 本章小结 |
第三章 蓝宝石基AlGaN/GaN异质结生长的Al预淀积技术研究 |
3.1 蓝宝石基GaN材料生长的Al预淀积技术研究意义 |
3.2 基于Al预淀积技术的蓝宝石基AlGaN/GaN异质结生长工艺流程 |
3.3 Al预淀积时间对AlGaN/GaN异质结材料特性的影响 |
3.4 Al预淀积时间对AlGaN/GaN异质结电学特性的影响 |
3.5 本章小结 |
第四章 基于磁控溅射AlN及复合AlN成核层的AlGaN/GaN异质结生长研究 |
4.1 磁控溅射AlN模板上生长AlGaN/GaN异质结材料的研究意义 |
4.2 基于磁控溅射AlN及复合AlN成核层的AlGaN/GaN异质结生长工艺流程 |
4.3 复合AlN成核层结构对AlGaN/GaN异质结材料特性影响 |
4.4 复合AlN成核层结构对AlGaN/GaN异质结电学特性影响 |
4.5 本章小结 |
第五章 基于磁控溅射AlN成核层的AlGaN/GaN异质结横向SBD器件研究 |
5.1 研制AlGaN/GaN异质结横向SBD器件意义 |
5.2 SBD器件物理基础 |
5.2.1 肖特基势垒及其影响因素 |
5.2.2 肖特基接触的电流输运特性 |
5.3 磁控溅射AlN成核层的AlGaN/GaN异质结凹槽阳极横向SBD器件研究 |
5.3.1 凹槽W接触阳极AlGaN/GaN异质结横向SBD器件制备工艺 |
5.3.2 磁控溅射AlN成核层的AlGaN/GaN异质结横向SBD器件分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 基于复合AlN成核层的AlGaN/GaN异质结横向SBD器件研究 |
6.1 欧姆接触特性分析 |
6.2 不同复合AlN成核层的AlGaN/GaN异质结材料制备的SBD器件分析 |
6.2.1 磁控溅射AlN/原位高温AlN复合成核层的AlGaN/GaN异质结横向SBD器件分析 |
6.2.2 磁控溅射AlN/原位低温加高温AlN复合成核层的AlGaN/GaN异质结制备的横向SBD器件分析 |
6.3 复合AlN成核层结构对AlGaN/GaN异质结横向SBD器件的影响 |
6.4 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
(2)基于氧化锌微结构的电泵浦激光器件研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 ZnO材料的基本性质 |
1.2 ZnO材料微纳米结构简介 |
1.3 ZnO材料的生长工艺 |
1.3.1 分子束外延技术 |
1.3.2 原子层沉积技术 |
1.3.3 磁控溅射技术 |
1.3.4 金属有机物化学气相沉积技术 |
1.3.5 化学气相沉积技术 |
1.3.6 水热合成法 |
1.3.7 溶胶-凝胶化学合成法 |
1.3.8 电化学沉积法 |
1.4 ZnO基激光器件的研究进展 |
1.4.1 ZnO基光泵浦激光器件 |
1.4.2 ZnO基电泵浦激光器件 |
1.5 ZnO基激光器件研究中的核心问题 |
1.6 本论文所涉及的实验设备 |
1.7 本论文的选题依据和研究内容 |
第2章 单根ZnO:Ga微米带的制备与表征 |
2.1 单根ZnO:Ga微米带的制备过程 |
2.2 单根ZnO:Ga微米带的表征 |
2.3 单根ZnO:Ga微米带的光学特性 |
2.4 单根ZnO:Ga微米带的电学特性 |
2.5 基于单根ZnO:Ga微米带的光泵浦F-P微腔激光 |
2.6 本章小结 |
第3章 基于n-ZnO:Ga微米带/p-GaN异质结的电泵浦随机激光器 |
3.1 n-ZnO:Ga微米带/p-GaN异质结器件的制备 |
3.2 n-ZnO:Ga微米带/p-GaN异质结器件的电学特性 |
3.3 n-ZnO:Ga微米带/p-GaN异质结器件的发光特性 |
3.3.1 正向偏压下n-ZnO:Ga微米带/p-GaN异质结器件的性能 |
3.3.2 反向偏压下n-ZnO:Ga微米带/p-GaN异质结器件的性能 |
3.4 能带理论解释n-ZnO:Ga微米带/p-GaN异质结器件的发光机理 |
3.5 本章小结 |
第4章 基于n-ZnO:Ga微米带/p-GaN异质结的电泵浦F-P激光器 |
4.1 n-ZnO:Ga微米带/p-GaN异质结器件的制备 |
4.2 n-ZnO:Ga微米带/p-GaN异质结器件的电学特性 |
4.3 n-ZnO:Ga微米带/p-GaN异质结器件的发光特性 |
4.3.1 正向偏压下n-ZnO:Ga微米带/p-GaN异质结器件的性能 |
4.3.2 反向偏压下n-ZnO:Ga微米带/p-GaN异质结器件的性能 |
4.4 n-ZnO:Ga微米带/p-GaN异质结二极管的发光机理 |
4.5 本章小结 |
第5章 基于ZnO:Ga微米线/AuNPs/ZnO:Ga微米线十字交叉结构的电泵浦等离子体激光器 |
5.1 金属纳米结构的局域表面等离激元 |
5.2 等离子体激光器 |
5.3 单根ZnO:Ga微米线的制备与特性表征 |
5.4 基于单根AuNPs@ZnO:Ga微米线的MSM结构器件 |
5.5 ZnO:Ga微米线/AuNPs/ZnO:Ga微米线十字交叉器件制备 |
5.6 ZnO:Ga微米线/AuNPs/ZnO:Ga微米线十字交叉器件性能 |
5.7 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(3)(Al)GaN半导体材料掺杂的理论计算(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 Ⅲ-氮化合物材料应用及研究背景 |
1.2.1 紫外AlGaN材料及器件研究背景 |
1.2.2 AlGaN材料中的点缺陷 |
1.2.3 AlGaN材料中的点缺陷 |
1.3 材料缺陷的计算 |
1.3.1 缺陷形成能和缺陷浓度 |
1.3.2 跃迁能级和离化能 |
1.4 本论文的主要研究内容及安排 |
第二章 计算方法概述 |
2.1 基于密度泛函的第一性原理方法 |
2.1.1 从绝热近似到单电子近似 |
2.1.2 密度泛函理论 |
2.1.3 交换关联泛函 |
2.1.4 平面波赝势方法 |
2.2 有限应变理论 |
2.2.1 广义Hooker定理 |
2.2.2 纽曼定理 |
2.2.3 应变自由能 |
2.3 本章小结 |
第三章 氮化镓(GaN)和氮化铝(AlN)掺杂性质的理论计算研究 |
3.1 引言 |
3.2 GaN和AlN体材料电子结构 |
3.3 GaN和AlN体材料点缺陷 |
3.3.1 计算模型的建立 |
3.3.2 本征点缺陷 |
3.3.3 杂质点缺陷 |
3.4 本章小结 |
第四章 Be深受主在GaN中的电学和光学性质 |
4.1 引言 |
4.2 Be受主亚稳态构型 |
4.3 Be掺杂GaN电离能和光学性质 |
4.4 Be掺杂GaN电子结构 |
4.5 本章小结 |
第五章 Al_(1-x)Ga_xN外延层应变的第一性原理研究 |
5.1 引言 |
5.2 理论方法 |
5.3 Al_(1-x)Ga_xN无序体系外延层的力学性质 |
5.3.1 二阶和三阶弹性常数 |
5.3.2 Al_(1-x)Ga_xN无序体系外延层的倒杨氏模量 |
5.3.3 Al_(1-x)Ga_xN无序体系中外延层的应变能 |
5.4 本章小结 |
第六章 (AlN)_5/(GaN)_1超薄量子阱偏振光学及电子结构性质的理论计算研究 |
6.1 引言 |
6.2 计算方法和模型的构建 |
6.3 (AlN)_5/(GaN)_1超薄量子阱的非线性光学性质 |
6.4 Si掺杂(AlN)_5/(GN)_1超薄量子阱的电子结构和光学性质 |
6.5 (AlN)_m/(GaN)_n(m+n=6)超晶格的偏振光性质 |
6.6 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 文章总结 |
7.2 不足之处与展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(4)半导体和有机物材料的自旋注入研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 金属中的自旋电子学 |
1.1.1 巨磁阻效应 |
1.1.2 磁性隧道结 |
1.2 半导体和自旋电子学 |
1.2.1 阻抗失配问题 |
1.2.2 半导体材料的自旋注入和探测 |
1.3 本文的研究内容和论文结构安排 |
1.3.1 本文的研究内容 |
1.3.2 论文结构安排 |
1.4 总结 |
第二章 材料的制备与表征方法 |
2.1 分子束外延生长和原位监控 |
2.1.1 分子束外延生长 |
2.1.2 反射式高能电子衍射仪原位监控 |
2.2 薄膜的表征 |
2.2.1 透射电子显微镜 |
2.2.2 原子力显微镜和压电力显微镜 |
2.2.3 振动样品磁强计和超导量子干涉仪 |
2.3 器件制备和表征 |
2.3.1 器件制备 |
2.3.2 器件表征 |
第三章 GaAs基自旋发光二极管 |
3.1 自旋发光二极管 |
3.1.1 自旋发光二极管概念和光选择定则 |
3.1.2 自旋发光二级管的潜在应用 |
3.2 GaAs基自旋发光二极管的研究现状 |
3.2.1 平行于面内的自旋注入结 |
3.2.2 垂直于面内的自旋注入结 |
3.2.3 具有垂直磁各向异性的CoFeB/MgO自旋注入结 |
3.3 包含单层InAs量子点的GaAs spin-LED的自旋注入研究 |
3.3.1 样品制备 |
3.3.2 磁场依赖关系 |
3.3.3 偏压依赖关系 |
3.3.4 温度依赖关系 |
3.4 总结 |
第四章 迈向GaN基自旋发光二极管 |
4.1 GaN基自旋发光二极管的研究进展 |
4.1.1 GaN基自旋发光二极管的应用优势 |
4.1.2 研究进展 |
4.1.3 研究工作的局限性 |
4.2 在GaN上开发具有垂直磁各向异性的自旋注入结 |
4.2.1 研究背景 |
4.2.2 GaN基板的表征 |
4.2.3 在GaN基板上生长MgO层 |
4.2.4 Fe/MgO自旋注入结的生长 |
4.2.5 在GaN上开发具有垂直磁各向异性的Co/MgO自旋注入结 |
4.3 GaN基发光二极管中的自旋注入 |
4.3.1 n-i-p型GaN基发光二极管结构 |
4.3.2 GaN spin-LED的器件工艺和电流-电压特性表征 |
4.3.3 极化分辨的电致发光谱测量 |
4.4 总结 |
第五章 有机多铁性隧道结中自旋极化的铁电控制 |
5.1 介绍 |
5.1.1 多铁性隧道结的原理 |
5.1.2 自旋极化的铁电控制 |
5.1.3 有机多铁性隧道结 |
5.2 PVDF:Fe_3O_4纳米复合物做势垒的有机多铁性隧道结 |
5.2.1 研究背景 |
5.2.2 器件制备 |
5.2.3 形貌表征 |
5.2.4 铁电表征 |
5.2.5 磁性表征 |
5.2.6 磁输运表征 |
5.3 总结 |
第六章 总结和展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(5)Si(110)衬底上AlN薄膜的激光分子束外延法制备及其光电性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 AlN的晶体结构与应用 |
1.2.1 AlN的晶体结构 |
1.2.2 AlN的应用 |
1.3 AlN薄膜的制备方法及生长过程 |
1.3.1 AlN薄膜的制备方法 |
1.3.2 薄膜的生长过程 |
1.3.3 影响薄膜生长的因素 |
1.4 AlN薄膜的研究进展 |
1.4.1 AlN薄膜的生长衬底 |
1.4.2 Si(110)衬底上生长氮化物薄膜的研究进展 |
1.5 论文的研究意义和研究内容 |
1.5.1 论文的研究意义 |
1.5.2 论文的研究内容 |
第二章 实验材料与测试方法 |
2.1 实验材料 |
2.2 衬底材料清洗 |
2.3 激光分子束外延AlN薄膜的工艺 |
2.4 薄膜的测试表征手段 |
第三章 工艺参数对AlN薄膜显微组织结构的影响 |
3.1 衬底温度对AlN薄膜显微组织结构的影响 |
3.1.1 衬底温度对AlN薄膜晶体质量的影响 |
3.1.2 衬底温度对AlN薄膜表面形貌的影响 |
3.2 氮气分压对AlN薄膜显微组织结构的影响 |
3.2.1 氮气分压对AlN薄膜结晶质量的影响 |
3.2.2 氮气分压对AlN薄膜表面形貌的影响 |
3.3 激光频率对AlN薄膜显微组织结构的影响 |
3.3.1 激光频率对AlN薄膜结晶质量的影响 |
3.3.2 激光频率对AlN薄膜表面形貌的影响 |
3.4 AlN/Si(110)的界面形貌 |
3.5 本章小结 |
第四章 AlN薄膜的光电性能 |
4.1 工艺参数对立方AlN薄膜光学性能的影响 |
4.1.1 紫外-可见反射光谱表征及分析 |
4.1.2 光致发光(PL)表征及分析 |
4.2 AlN/Si p-n结的电学性能 |
4.2.1 伏安(I-V)特性 |
4.2.2 电致发光(EL)特性 |
4.3 本章小结 |
第五章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表的论文情况 |
(6)LED光效及热特性分析研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 LED发展历史及目前产业发展状况 |
1.2 LED应用领域 |
1.3 LED中载流子的复合机制和量子效率下降问题 |
1.4 量子阱LED |
1.5 LED的散热 |
1.6 本论文的研究工作和章节安排 |
参考文献 |
第二章 正向小电流LED结温检测方法 |
2.1 引言 |
2.2 LED结温检测方法 |
2.3 正向小电流测LED结温的理论模型和实验步骤 |
2.4 实验结果与分析 |
2.5 本章小结 |
参考文献 |
第三章 LED自热效应对量子效率影响的研究 |
3.1 引言 |
3.2 LED量子效率测量方法 |
3.3 LED量子效率测量实验及结果 |
3.4 本章小结 |
参考文献 |
第四章 LED能量转换效率下降分析 |
4.1 引言 |
4.2 理论分析 |
4.3 实验过程及结果 |
4.4 本章小结 |
参考文献 |
第五章 LED数值模拟分析及其散热优化 |
5.1 引言 |
5.2 网格分布 |
5.3 数学物理模型 |
5.4 LED散热翅片优化 |
5.5 本章小结 |
参考文献 |
第六章 总结和展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
攻读博士学位期间发表的论文和专利 |
致谢 |
(7)低维ZnO纳米结构的制备及其异质结紫外发光二极管研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 ZnO材料的基本性质及其在紫外发光方面的优势 |
1.2 ZnO基紫外发光二极管的研究进展 |
1.3 本论文的研究内容与意义 |
2 ZnO材料的常用制备方法及表征手段 |
2.1 ZnO材料的常用制备方法 |
2.2 ZnO材料的主要表征手段 |
2.3 本章小结 |
3 反蛋白石结构模板法制备垂直有序一维ZnO纳米棒阵列 |
3.1 反蛋白石结构模板水热生长ZnO纳米棒阵列 |
3.2 ZnO纳米棒阵列形貌及影响因素 |
3.3 结晶及光谱特性 |
3.4 本章小结 |
4 GaN量子点上生长一维ZnO纳米棒 |
4.1 GaN量子点外延生长及器件研究现状 |
4.2 Ga液滴法外延生长GaN量子点工艺研究 |
4.3 GaN量子点模板生长ZnO纳米棒阵列研究 |
4.4 本章小结 |
5 一维n-ZnO纳米棒/p-GaN直接贴合异质结发光二极管研究 |
5.1 n-ZnO纳米棒/p-GaN直接贴合发光器件的制备 |
5.2 材料表征与器件性能分析 |
5.3 n-ZnO纳米棒/p-GaN直接贴合异质结LED的发光机制 |
5.4 本章小结 |
6 n-ZnO量子点/MgO/p-GaN异质结紫外发光二极管研究 |
6.1 n-ZnO QDs/MgO/p-GaN异质结紫外电致发光器件的制备 |
6.2 材料和器件性能表征与讨论 |
6.3 本章小结 |
7 金属局域表面等离激元增强ZnO量子点紫外发光二极管研究 |
7.1 表面等离激元基本理论和应用 |
7.2 Ag LSP增强的n-ZnO QDs/MgO/p-GaN LED制备和特性研究 |
7.3 本章小结 |
8 总结与展望 |
8.1 总结 |
8.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录1 攻读博士学位期间已发表或完成的论文 |
(8)ZnO异质结电致发光和光电探测器件研究(论文提纲范文)
论文创新点 |
摘要 |
Abstract |
引言 |
第一章 绪论 |
1.1 ZnO材料的基本性质 |
1.1.1 ZnO的物理性质 |
1.1.2 ZnO的晶体结构 |
1.1.3 ZnO的本征缺陷 |
1.1.4 ZnO的光电特性 |
1.2 ZnO的应用 |
1.2.1 透明导电薄膜 |
1.2.2 薄膜晶体管 |
1.2.3 纳米发电机 |
1.2.4 电致发光器件 |
1.2.5 光电探测器 |
1.3 ZnO材料常用的制备工艺简介 |
1.3.1 溶液水热法 |
1.3.2 射频磁控溅射 |
1.3.3 脉冲激光沉积 |
1.3.4 原子层沉积 |
1.4 本论文的研究内容及意义 |
第二章 ZnO/GaN异质结多色电致发光器件 |
2.1 ZnO/GaN电致发光器件的研究现状 |
2.2 器件的制备 |
2.2.1 衬底的清洗 |
2.2.2 薄膜的生长 |
2.2.3 器件的封装 |
2.3 材料性能的测试与表征 |
2.4 器件多色电致发光的实现与分析 |
2.5 本章小结 |
第三章 p-Si/n-ZnO异质结电致发光器件 |
3.1 p-Si/n-ZnO异质结的研究现状 |
3.2 p-Si/HfO_2/n-ZnO异质结的制备 |
3.2.1 衬底的清洗 |
3.2.2 薄膜的生长 |
3.2.3 器件的封装 |
3.3 器件的表征与分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 p-NiO/n-ZnO纳米线异质结电致发光器件 |
4.1 p-NiO/n-ZnO异质结电致发光器件的研究现状 |
4.2 p-NiO/n-ZnO纳米线电致发光器件的制备 |
4.2.1 p型NiO薄膜的制备 |
4.2.2 ZnO纳米线阵列的制备 |
4.2.3 电致发光器件的制备 |
4.3 电致发光器件的表征与分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 p-NiO/n-ZnO纳米线异质结光电探测器 |
5.1 p-NiO/n-ZnO异质结光电探测器的研究现状 |
5.2 p-NiO/n-ZnO纳米线核壳结构光电探测器的制备 |
5.3 p-NiO/n-ZnO@Al_2O_3光电探测器的表征与分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
中外文参考文献 |
攻博期间发表论文及申请专利 |
致谢 |
(9)GaN纳米柱的发光特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
§1.1 Ⅲ族氮化物的概述与研究历程 |
§1.2 Ⅲ族氮化物的结构和基本性质 |
§1.2.1 Ⅲ族氮化物的晶体结构 |
§1.2.2 Ⅲ族氮化物的能带结构 |
§1.2.3 Ⅲ族氮化物的基本性质 |
§1.3 GaN薄膜材料的光学特性 |
§1.4 GaN纳米柱的光学特性 |
§1.5 本文的主要工作 |
第二章 光致发光谱原理及应用 |
§2.1 引言 |
§2.2 光致发光基本原理 |
§2.2.1 光致发光基本概念 |
§2.2.2 半导体材料中的辐射复合与非辐射复合 |
§2.2.3 半导体材料的发光效率 |
§2.3 光致发光谱的应用 |
§2.4 本文实验所用PL装置 |
第三章 GaN纳米柱的光致发光特性研究 |
§3.1 引言 |
§3.2 GaN纳米柱的制备 |
§3.3 实验 |
§3.4 GaN纳米柱和薄膜样品实验数据及数据分析 |
§3.4.1 GaN纳米柱和薄膜样品实验数据 |
§3.4.2 GaN纳米柱和薄膜样品实验数据处理 |
§3.4.3 GaN纳米柱和薄膜样品数据讨论 |
§3.5 本章小结 |
第四章 GaN纳米柱的量子效率研究 |
§4.1 引言 |
§4.2 实验 |
§4.3 GaN纳米柱的量子效率研究 |
§4.3.1 GaN纳米柱和薄膜样品PL谱强度分析 |
§4.3.2 传统方法计算GaN纳米柱和薄膜样品的内量子效率 |
§4.3.3 建立内量子效率模型,计算GaN纳米柱和薄膜的内量子效率 |
§4.4 本章小结 |
第五章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间发表的论文及参加的学术会议 |
(10)金属局域表面等离子体修饰的ZnO异质结紫外光发射器件研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
目录 |
引言 |
第一章 金属局域表面等离子体基础理论简介及相关应用 |
1.1 表面等离子体基本理论简介 |
1.1.1 表面等离子体极化激元 |
1.1.2 金属局域表面等离子体简介 |
1.2 金属局域表面等离子体相关应用 |
参考文献 |
第二章 ZnO 材料的基本性质、制备/表征方法及其在紫外光发射器件方面的优势和研究进展 |
2.1 ZnO 材料简介及其在紫外光发射器件方面的优势和研究进展 |
2.1.1 ZnO 材料的基本性质 |
2.1.2 ZnO 材料的制备方法及表征手段 |
2.1.3 ZnO 材料在紫外光发射器件方面的优势 |
2.1.4 ZnO 基紫外光发射器件的研究进展 |
2.2 金属局域表面等离子体修饰的 ZnO 基光发射器件的研究现状 |
2.3 本论文的研究内容和意义 |
参考文献 |
第三章 金属局域表面等离子体修饰的 ZnO 基 MIS 结构紫外光发射器件的制备与物性研究 |
3.1 金属纳米粒子的制备及其局域表面等离子体共振特性研究 |
3.2 Ag 纳米粒子修饰的 ZnO 基 MIS 结构的制备与物性研究 |
3.3 插入的 MgO/Ag/MgO 三明治结构对 ZnO 基 MIS 结构紫外光发射器件的影响研究 |
3.3.1 Ag 纳米粒子修饰的 ZnO 基 MIS 结构紫外光发射器件的制备 |
3.3.2 插入的 MgO/Ag/MgO 三明治层对 ZnO 基 MIS 结构器件紫外电致发光的影响 |
3.4 本章小结 |
参考文献 |
第四章 Ag 纳米结构修饰的 ZnO/MgZnO 核壳纳米柱阵列紫外光发射器件的制备与特性研究 |
4.1 Ag 纳米粒子修饰的 ZnO/MgZnO 核壳纳米柱阵列的制备 |
4.1.1 ZnO/MgZnO 核壳纳米柱阵列的制备 |
4.1.2 Ag 纳米粒子修饰的 ZnO/MgZnO 核壳纳米柱阵列的微结构分析 |
4.1.3 MgZnO 壳层厚度对 Ag 局域表面等离子体增强 ZnO 纳米柱阵列结构光致发光特性的影响 |
4.2 Ag 纳米粒子修饰的 ZnO/MgZnO 核壳纳米柱阵列器件的紫外电致发光特性及其改善的发光机理研究 |
4.2.1 Ag 纳米粒子修饰的 ZnO/MgZnO 核壳纳米柱阵列紫外光发射器件的制备过程 |
4.2.2 Ag 纳米粒子修饰的 ZnO/MgZnO 核壳纳米柱阵列光发射器件的紫外电致发光特性研究 |
4.2.3 Ag 纳米粒子修饰的 ZnO/MgZnO 核壳纳米柱阵列器件的紫外光发射增强机理研究 |
4.3 展望‐Ag 纳米线修饰的 ZnO/MgZnO 核壳纳米线阵列紫外光发射器件的制备及其性质研究 . |
4.3.1 Ag 纳米线的制备及其性质表征 |
4.3.2 Ag 纳米线修饰的 ZnO/MgZnO 核壳纳米柱阵列的制备及其改善的光致发光特性研究 |
4.4 本章小结 |
参考文献 |
第五章 结论 |
致谢 |
在学期间公开发表论文和参加学术会议情况 |
四、GaN基光发射二极管中深能级研究(论文参考文献)
- [1]基于Al预淀积与复合AlN成核层技术的高性能AlGaN/GaN异质结及其SBD器件研究[D]. 刘传洋. 西安电子科技大学, 2020
- [2]基于氧化锌微结构的电泵浦激光器件研究[D]. 李占国. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2020(08)
- [3](Al)GaN半导体材料掺杂的理论计算[D]. 金山. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [4]半导体和有机物材料的自旋注入研究[D]. 高雪. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [5]Si(110)衬底上AlN薄膜的激光分子束外延法制备及其光电性能研究[D]. 翁瑶. 广西大学, 2019(01)
- [6]LED光效及热特性分析研究[D]. 林思棋. 厦门大学, 2018(07)
- [7]低维ZnO纳米结构的制备及其异质结紫外发光二极管研究[D]. 陈成. 华中科技大学, 2017(10)
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