本文關(guān)鍵詞：GaN基LED及ZnO納米線陣列的制備和特性研究

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【摘要】：隨著科技的逐漸進步,半導(dǎo)體照明領(lǐng)域獲得了長足進展。LED作為一種綠色能源,已經(jīng)深入到人們的生活中。其中,GaN基藍光LED的出現(xiàn)以及ZnO在藍光LED方面的潛在應(yīng)用前景,使得獲得白光LED成為可能,這大大推動了LED商業(yè)化的進程。一方面,III-V族材料GaN作為第三代半導(dǎo)體材料具有其獨特的優(yōu)點：為直接禁帶,禁帶寬度為3.4 eV。另外,GaN材料的熱導(dǎo)率高,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,生長工藝成熟,并且具有很強的抗輻射能力,這使得它在綠光和藍光等領(lǐng)域的發(fā)光器件和探測器件中都具有十分廣泛的應(yīng)用前景。同時,還可以通過調(diào)節(jié)GaN基化合物的組分配比來獲得不同禁帶寬度的半導(dǎo)體材料,并且其禁帶寬度的變化范圍可以覆蓋紫外到紅外整個區(qū)間。如何提高GaN基LED的發(fā)光效率一直是科學(xué)家們關(guān)注的焦點。目前,研究者們普遍將極低溫下的LED的內(nèi)量子效率設(shè)定為100%,然而,通過實驗我們發(fā)現(xiàn)InGaN/GaN多量子阱結(jié)構(gòu)LED的內(nèi)量子效率最大值并非出現(xiàn)在極低溫處。因此,對于其內(nèi)量子效率的測量方法有必要進行進一步探討和修正。另一方面,II-VI族材料ZnO在半導(dǎo)體照明領(lǐng)域也具有優(yōu)越的光學(xué)特性。ZnO的室溫禁帶寬度為3.37 eV,帶邊發(fā)光峰在近紫外區(qū)域,同時,ZnO在低溫下的激子束縛能為60 meV,室溫下依舊有26 meV的激子束縛能,這就使得ZnO的激子在室溫下可以穩(wěn)定存在,也就是說在室溫下ZnO材料仍然可以實現(xiàn)激子的發(fā)光,這種發(fā)光機制相比于電子-空穴對的復(fù)合發(fā)光來說其發(fā)光效率顯著提高,這使得ZnO在白光固態(tài)照明領(lǐng)域具有很廣闊的發(fā)展前景。ZnO的制備方法簡單,易結(jié)晶,可以選擇的襯底很廣泛。同時,它的生長溫度低,在500℃以上就可以生長。目前,ZnO已經(jīng)在遮光劑中的紫外吸收材料和壓敏電阻傳感器中有廣泛的應(yīng)用。然而,生長制備出高質(zhì)量穩(wěn)定性好的p型一維ZnO納米材料仍然是科學(xué)家們難以解決的問題。本文詳細介紹了一種測量InGaN/GaN多量子阱結(jié)構(gòu)內(nèi)量子效率的比較準確的方法,同時也對ZnO一維納米材料的制備做了一定探索。具體內(nèi)容如下：1.測量InGaN/GaN多量子阱結(jié)構(gòu)PL內(nèi)量子效率的方法：首先測量出樣品在一個大的溫度和激發(fā)功率范圍內(nèi)的PL光譜圖。然后做出PL效率隨著溫度以及激發(fā)功率的變化情況,做出不同的激發(fā)功率下樣品的PL效率隨著溫度的變化情況或者不同溫度下樣品的PL效率隨著激發(fā)功率的變化情況,從中找到PL效率的最大值,并且將這個最大值設(shè)定為樣品內(nèi)量子效率達到100%。最后用其他溫度點和功率點的PL效率值與這個最大值做商,得到相對應(yīng)的內(nèi)量子效率值。2.在ZnO一維納米材料的制備的部分中我們詳細介紹了利用CVD法制備ZnO納米線陣列的一些前期準備工作和對生長條件各種參數(shù)的一些探索過程。包括種子層生長方法對ZnO納米線表面形貌的影響、反應(yīng)源到襯底之間的距離對ZnO納米線陣列形貌的影響以及種子層厚度ZnO納米線陣列形貌的影響等。
【關(guān)鍵詞】：InGaN/GaN多量子阱 光致發(fā)光光譜 內(nèi)量子效率 化學(xué)氣相沉積 ZnO納米線陣列
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN312.8;TB383.1
【目錄】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 符號表14-15
• 第一章：緒論15-21
• 1.1 光源的發(fā)展史15-16
• 1.2 半導(dǎo)體材料的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀16-18
• 1.3 本文的研究內(nèi)容與安排18-21
• 第二章 生長工藝、設(shè)備及表征方法21-33
• 2.1 化學(xué)氣相沉積(CVD)21-23
• 2.1.1 CVD法的原理21
• 2.1.2 CVD實驗設(shè)備21-23
• 2.2 磁控濺射系統(tǒng)23-24
• 2.2.1 磁控濺射原理23
• 2.2.2 磁控濺射實驗設(shè)備23-24
• 2.3 熒光測試系統(tǒng)24-31
• 2.3.1 激發(fā)系統(tǒng)25-27
• 2.3.2 分光系統(tǒng)27-28
• 2.3.3 制冷系統(tǒng)28
• 2.3.4 探測系統(tǒng)28-29
• 2.3.5 光路搭建29-31
• 2.4 本章小結(jié)31-33
• 第三章 GaN的基本特性33-41
• 3.1 GaN的生長和制備34-36
• 3.2 GaN的物理、化學(xué)特性36-37
• 3.3 GaN的光電特性37-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第四章 GaN基LED內(nèi)量子效率的研究41-49
• 4.1 內(nèi)量子效率的定義41
• 4.2 內(nèi)量子效率的測量方法41-42
• 4.3 PL內(nèi)量子效率的測量42-47
• 4.3.1 PL內(nèi)量子效率傳統(tǒng)測量方法42
• 4.3.2 樣品的結(jié)構(gòu)參數(shù)42-43
• 4.3.3 實驗過程43
• 4.3.4 PL光譜的形狀、峰位、半高寬以及發(fā)光效率的溫度依賴性43-45
• 4.3.5 PL光譜積分強度,PL發(fā)光效率的功率依賴性45-47
• 4.3.6 PL內(nèi)量子效率測量新方案47
• 4.4 EL內(nèi)量子效率的測定47-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 第五章 ZnO的基本性質(zhì)49-57
• 5.1 ZnO的生長49
• 5.2 ZnO的晶體結(jié)構(gòu)49-50
• 5.3 ZnO的物理化學(xué)性質(zhì)50-52
• 5.4 ZnO的光學(xué)特性52-55
• 5.4.1 金屬氧化物晶體的缺陷類型52-53
• 5.4.2 ZnO中的缺陷發(fā)光53-55
• 5.5 ZnO的電學(xué)特性55-56
• 5.6 本章小結(jié)56-57
• 第六章 ZnO納米材料制備57-71
• 6.1 CVD法生長ZnO57-61
• 6.1.1 ZnO納米線陣列基本生長條件57-58
• 6.1.2 襯底的清洗58
• 6.1.3 ZnO納米線陣列的生長過程58-59
• 6.1.4 ZnO納米線的形貌表征59-61
• 6.2 種子層種類對ZnO陣列表面形貌的影響61-63
• 6.2.1 醋酸鋅溶液制備種子層61
• 6.2.2 利用磁控濺射系統(tǒng)生長種子層61-62
• 6.2.3 種子層生長方法對ZnO表面形貌的影響62-63
• 6.3 反應(yīng)源到襯底之間的距離對ZnO陣列表面形貌的影響63-65
• 6.4 種子層厚度ZnO納米線表面形貌的影響65-69
• 6.5 本章小結(jié)69-71
• 第七章 結(jié)論71-73
• 參考文獻73-79
• 致謝79-81
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文81-82
• 附錄82-89
• 學(xué)位論文評閱及答辯倩況表89

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本文編號：674931