本文關(guān)鍵詞：GaN:Er及相關(guān)材料光學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)研究

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【摘要】：稀土離子摻雜的GaN材料在光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)方面均有優(yōu)異的特性,成為目前的研究熱點。在所有的稀土離子中,稀土Er離子除了可以在紅外波段發(fā)出1540nm的光,該波長對應(yīng)于光纖通訊中光損失的最小波段,在綠光波段也存在發(fā)光,商業(yè)應(yīng)用價值較高,因而稀土Er摻雜的GaN研究最受關(guān)注。本文采用離子注入方法制備了一系列Er、Pr、Tm稀土離子注入的GaN薄膜,并研究了稀土離子注入后Ga N薄膜的光學(xué)性質(zhì)以及結(jié)構(gòu)性質(zhì)。主要內(nèi)容如下:一、采用離子注入的方法,制備了一系列不同Er離子劑量的GaN薄膜材料,并在不同氣氛、溫度下進行了退火處理。研究了退火溫度和退火氣氛對GaN:Er薄膜發(fā)光性能的影響,并獲得了最為優(yōu)化的離子注入及退火條件。深入研究了GaN:Er陰極熒光中的發(fā)光猝滅現(xiàn)象:當(dāng)Er離子的注入劑量達(dá)到1×10~(15)at/cm~2時,Er離子發(fā)光強度最高;當(dāng)Er離子注入劑量增加到5×10~(15)at/cm~2時,將出現(xiàn)發(fā)光猝滅現(xiàn)象。二、研究了GaN以及GaN:Er薄膜材料不同溫度以及不同加速電壓下的光學(xué)性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn):在帶邊峰附近,DAP與D~0X兩種模式之間存在競爭機制,當(dāng)加速電壓增加,DAP發(fā)光峰發(fā)生藍(lán)移。深入分析了溫度變化對GaN:Er薄膜發(fā)光性能的影響,通過計算得出GaN:Er薄膜中自由激子的束縛能為32meV;當(dāng)溫度低于182K時,~2H11/2能級尚未被熱活化,不出現(xiàn)538nm的發(fā)光峰,但是能觀察到明顯的黃帶發(fā)光;當(dāng)溫度繼續(xù)升高,黃帶逐漸消失,并發(fā)現(xiàn)~2H_(11/2)與~4S_(3/2)兩激發(fā)態(tài)能級之間存在熱耦合。373K下仍然能觀察到Er離子538nm的發(fā)光,說明GaN:Er材料有希望應(yīng)用在高溫環(huán)境中。三、在GaN外延膜中分別注入Er、Pr、Tm三種稀土離子,并研究了GaN外延膜在不同注入情況下的陰極熒光現(xiàn)象。研究表明:在GaN中,單注入Er離子可以發(fā)綠光,單注入Pr離子可以觀察到紅光和綠光,單注入Tm離子可以發(fā)藍(lán)光和紅外光;若在GaN中注入不同的稀土離子,也可以部分抑制缺陷發(fā)光。四、采用離子注入的方法,在同一GaN外延膜中共注入Pr/Tm,Er/Pr,Er/Tm兩種稀土離子以及Tm/Er/Pr三種稀土離子,并研究了不同溫度下材料的陰極熒光現(xiàn)象。在GaN中共注入兩種稀土離子時,不僅可以實現(xiàn)混合色彩的發(fā)光,而且發(fā)現(xiàn)兩種稀土離子之間會存在能量傳遞。當(dāng)Er/Pr/Tm三種稀土離子共注入GaN薄膜后,可以實現(xiàn)紅、綠、藍(lán)三色發(fā)光。五、對Er、Pr、Tm稀土離子注入后的GaN薄膜進行XRD、Raman表征,研究其結(jié)構(gòu)性質(zhì)。不同稀土離子Er、Pr、Tm注入GaN外延膜后,對GaN晶體結(jié)構(gòu)的影響基本一致,隨著注入劑量的增加對GaN晶體結(jié)構(gòu)的損傷逐漸增強。為了降低離子注入引入的缺陷密度,進行不同情況退火處理,研究退火前后其中應(yīng)力、應(yīng)變、晶體質(zhì)量的變化,所得的結(jié)果與光學(xué)性質(zhì)結(jié)果相對應(yīng)。
【關(guān)鍵詞】：氮化鎵 稀土 離子注入 光學(xué)性質(zhì) 結(jié)構(gòu)性質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：蘇州科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O484
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 緒論12-21
• 1.1 引言12-13
• 1.2 GaN的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)13-14
• 1.3 稀土摻雜GaN14-18
• 1.3.1 稀土元素14-15
• 1.3.2 摻雜方式15-16
• 1.3.3 GaN: Er材料16-18
• 1.4 稀土摻雜GaN材料應(yīng)用18-20
• 1.4.1 全色顯示19
• 1.4.2 放大器、激光器19-20
• 1.5 本論文主要內(nèi)容20-21
• 第二章 GaN: Er薄膜常溫下的光學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)性質(zhì)研究21-34
• 2.1 引言21
• 2.2 實驗方法21-23
• 2.2.1 樣品制備21-22
• 2.2.2 材料表征22-23
• 2.3 光學(xué)性質(zhì)分析23-29
• 2.3.1 退火溫度對發(fā)光性能的影響23-26
• 2.3.2 退火氣氛對發(fā)光性能影響26-27
• 2.3.3 Er離子注入劑量對發(fā)光性能的影響27-29
• 2.4 結(jié)構(gòu)性質(zhì)分析29-33
• 2.4.1 注入劑量的影響29-30
• 2.4.2 退火溫度的影響30-32
• 2.4.3 注入劑量與退火條件之間的關(guān)系32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第三章 GaN: Er薄膜變溫陰極熒光分析34-42
• 3.1 引言34
• 3.2 實驗部分34-35
• 3.3 結(jié)果與討論35-41
• 3.3.1 Er離子注入對帶邊發(fā)光的影響35-37
• 3.3.2 不同加速電壓下的發(fā)光性質(zhì)37-38
• 3.3.3 不同溫度下的發(fā)光性質(zhì)38-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第四章 不同稀土離子共注入GaN薄膜的光學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)性質(zhì)研究42-61
• 4.1 引言42-43
• 4.2 實驗43
• 4.3 光學(xué)性質(zhì)43-56
• 4.3.1 Pr、Tm單注入43-46
• 4.3.2 共注入Pr、Tm46-49
• 4.3.3 共注入Er、Tm49-50
• 4.3.4 共注入Er、Pr50-52
• 4.3.5 共注入Tm、Er、Pr52-53
• 4.3.6 稀土離子對黃帶發(fā)光的影響53-54
• 4.3.7 稀土離子對DAP發(fā)光的影響54-56
• 4.4 結(jié)構(gòu)性質(zhì)56-59
• 4.4.1 稀土注入GaN的XRD測試結(jié)果56-58
• 4.4.2 稀土注入GaN的Raman測試結(jié)果58-59
• 4.5 本章小結(jié)59-61
• 第五章 總結(jié)與展望61-63
• 參考文獻(xiàn)63-71
• 圖表目錄71-73
• 致謝73-74
• 作者簡歷74-75

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