GaN纳米棒阵列的微纳加工及光学性能研究

发布时间：2017-04-08 12:13

  本文关键词：GaN纳米棒阵列的微纳加工及光学性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基于三族氮化物(如GaN)的LED(Light emitting diode)因其环保、节能、体积小和寿命长等优点,已广泛应用在照明和显示等领域中。近年来,LED的外延技术和芯片制作工艺已日趋成熟并实现了产业化。相比传统二维LED,一种新型三维LED由于其特殊的三维结构在削弱极化效应和提高光抽取效率方面显现出巨大优势。本文制备了GaN和In GaN/GaN纳米棒阵列并对其形貌和光学性能进行了研究。主要研究工作如下:(1)利用激光干涉光刻和感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术制备了形貌规则、分布均匀的GaN纳米锥阵列。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、室温和变温光致发光谱(PL)对样品进行表征,研究了RF功率对GaN纳米锥的形貌和光学性能的影响。结果表明,RF功率由60W增加到120 W,GaN纳米锥的侧壁倾角由63°增大到80°,高度和发光峰强度均在RF功率为80 W达到最大。随后,对RF功率为80 W的样品进行KOH湿法腐蚀处理,GaN纳米锥表面变得粗糙,发光峰强度较腐蚀前提高了60%,通过变温PL测试结果计算出内量子效率较腐蚀前仅提高了6%,因此推断出发光峰强度提高的原因为光抽取效率和/或吸收效率的增加。(2)利用激光干涉光刻和ICP刻蚀技术制备了呈周期排列的In GaN/GaN纳米棒阵列。通过SEM、PL和拉曼光谱对样品的形貌、光学性能和应力进行表征,研究了RF功率对In GaN/GaN纳米棒阵列形貌和光学性能的影响。结果表明,RF功率由60 W增加到120 W,In GaN/GaN纳米棒阵列的侧壁倾角由71°增大到90°,高度和发光峰强度分别在RF功率为100 W和80 W时达到最大,且RF功率为80 W的样品的发光峰强度为二维In GaN/GaN结构的13倍。通过拉曼测试结果计算出二维In GaN/GaN结构和In GaN/GaN纳米棒(RF=80 W)的应变分别为-0.84%和-0.5%,In GaN/GaN纳米棒相对于二维In GaN/GaN结构释放了部分应力,削弱了In GaN/GaN多量子阱处的压电极化效应,提高了发光峰强度。随后,对RF功率为80 W的样品进行KOH湿法腐蚀处理,In GaN/GaN纳米棒表面变得粗糙,发光峰强度较腐蚀前提高了48%,通过变功率PL测试推断其发光峰强度增加的主要原因是应力的释放和光抽取效率的提高。
【关键词】：ICP刻蚀 KOH腐蚀 GaN纳米阵列 InGa N/Ga N纳米棒阵列
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 GaN的基本结构和性质10-11
• 1.2 二维GaN基LED的发展和存在问题11-12
• 1.3 三维GaN纳米阵列12-17
• 1.3.1 三维GaN纳米阵列的特性12-14
• 1.3.2 三维GaN纳米阵列的制备方法14-17
• 1.4 本文选题的依据及研究内容17-19
• 参考文献19-22
• 第二章 GaN纳米阵列的制备和表征方法22-32
• 2.1 GaN纳米阵列的制备22-27
• 2.1.1 MOCVD系统简介22-23
• 2.1.2 ICP刻蚀系统简介23-26
• 2.1.3 电子束蒸镀简介26
• 2.1.4 PECVD系统简介26-27
• 2.2 实验表征方法27-30
• 2.2.1 扫描电子显微镜（Scanning electron microscope, SEM）27
• 2.2.2 拉曼散射光谱（Raman）27-28
• 2.2.3 光致发光光谱（photoluminescence，PL）28-30
• 参考文献30-32
• 第三章 GaN纳米阵列的制备及形貌和光学性能32-48
• 3.1 引言32
• 3.2 GaN纳米结构阵列的制备32-34
• 3.3 结果与讨论34-43
• 3.3.1 ICP工艺参数对GaN刻蚀速率的影响34-36
• 3.3.2 刻蚀时间对GaN纳米锥阵列形貌的影响36
• 3.3.3 RF功率对GaN纳米锥阵列形貌的影响36-37
• 3.3.4 RF功率对GaN纳米锥阵列光学性能的影响37-38
• 3.3.5 GaN纳米锥阵列的应力分析38-40
• 3.3.6 KOH腐蚀对GaN纳米锥阵列形貌及光学性能的影响40-43
• 3.4 本章小结43-45
• 参考文献45-48
• 第四章 InGaN/GaN纳米棒的制备及光学性能研究48-59
• 4.1 引言48
• 4.2 InGaN/GaN纳米棒阵列的制备48-49
• 4.3 结果与讨论49-56
• 4.3.1 刻蚀时间对SiO2层形貌的影响49-50
• 4.3.2 InGaN/GaN纳米棒阵列的截面形貌50-51
• 4.3.3 InGaN/GaN纳米棒阵列的发光特性51-52
• 4.3.4 InGaN/GaN纳米棒阵列的应力分析52-53
• 4.3.5 KOH腐蚀对InGaN/GaN纳米棒阵列的形貌及光学性能的影响53-56
• 4.4 本章小结56-57
• 参考文献57-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 5.1 结论59
• 5.2 展望59-61
• 致谢61-62
• 攻读硕士学位期间发表的论文62

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