GaN基LED及ZnO纳米线阵列的制备和特性研究

发布时间：2017-08-14 22:06

  本文关键词：GaN基LED及ZnO纳米线阵列的制备和特性研究

  更多相关文章： InGaN/GaN多量子阱 光致发光光谱 内量子效率 化学气相沉积 ZnO纳米线阵列

【摘要】：随着科技的逐渐进步,半导体照明领域获得了长足进展。LED作为一种绿色能源,已经深入到人们的生活中。其中,GaN基蓝光LED的出现以及ZnO在蓝光LED方面的潜在应用前景,使得获得白光LED成为可能,这大大推动了LED商业化的进程。一方面,III-V族材料GaN作为第三代半导体材料具有其独特的优点：为直接禁带,禁带宽度为3.4 eV。另外,GaN材料的热导率高,化学性质稳定,生长工艺成熟,并且具有很强的抗辐射能力,这使得它在绿光和蓝光等领域的发光器件和探测器件中都具有十分广泛的应用前景。同时,还可以通过调节GaN基化合物的组分配比来获得不同禁带宽度的半导体材料,并且其禁带宽度的变化范围可以覆盖紫外到红外整个区间。如何提高GaN基LED的发光效率一直是科学家们关注的焦点。目前,研究者们普遍将极低温下的LED的内量子效率设定为100%,然而,通过实验我们发现InGaN/GaN多量子阱结构LED的内量子效率最大值并非出现在极低温处。因此,对于其内量子效率的测量方法有必要进行进一步探讨和修正。另一方面,II-VI族材料ZnO在半导体照明领域也具有优越的光学特性。ZnO的室温禁带宽度为3.37 eV,带边发光峰在近紫外区域,同时,ZnO在低温下的激子束缚能为60 meV,室温下依旧有26 meV的激子束缚能,这就使得ZnO的激子在室温下可以稳定存在,也就是说在室温下ZnO材料仍然可以实现激子的发光,这种发光机制相比于电子-空穴对的复合发光来说其发光效率显著提高,这使得ZnO在白光固态照明领域具有很广阔的发展前景。ZnO的制备方法简单,易结晶,可以选择的衬底很广泛。同时,它的生长温度低,在500℃以上就可以生长。目前,ZnO已经在遮光剂中的紫外吸收材料和压敏电阻传感器中有广泛的应用。然而,生长制备出高质量稳定性好的p型一维ZnO纳米材料仍然是科学家们难以解决的问题。本文详细介绍了一种测量InGaN/GaN多量子阱结构内量子效率的比较准确的方法,同时也对ZnO一维纳米材料的制备做了一定探索。具体内容如下：1.测量InGaN/GaN多量子阱结构PL内量子效率的方法：首先测量出样品在一个大的温度和激发功率范围内的PL光谱图。然后做出PL效率随着温度以及激发功率的变化情况,做出不同的激发功率下样品的PL效率随着温度的变化情况或者不同温度下样品的PL效率随着激发功率的变化情况,从中找到PL效率的最大值,并且将这个最大值设定为样品内量子效率达到100%。最后用其他温度点和功率点的PL效率值与这个最大值做商,得到相对应的内量子效率值。2.在ZnO一维纳米材料的制备的部分中我们详细介绍了利用CVD法制备ZnO纳米线阵列的一些前期准备工作和对生长条件各种参数的一些探索过程。包括种子层生长方法对ZnO纳米线表面形貌的影响、反应源到衬底之间的距离对ZnO纳米线阵列形貌的影响以及种子层厚度ZnO纳米线阵列形貌的影响等。
【关键词】：InGaN/GaN多量子阱 光致发光光谱 内量子效率 化学气相沉积 ZnO纳米线阵列
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN312.8;TB383.1
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 符号表14-15
• 第一章：绪论15-21
• 1.1 光源的发展史15-16
• 1.2 半导体材料的发展历史及现状16-18
• 1.3 本文的研究内容与安排18-21
• 第二章 生长工艺、设备及表征方法21-33
• 2.1 化学气相沉积(CVD)21-23
• 2.1.1 CVD法的原理21
• 2.1.2 CVD实验设备21-23
• 2.2 磁控溅射系统23-24
• 2.2.1 磁控溅射原理23
• 2.2.2 磁控溅射实验设备23-24
• 2.3 荧光测试系统24-31
• 2.3.1 激发系统25-27
• 2.3.2 分光系统27-28
• 2.3.3 制冷系统28
• 2.3.4 探测系统28-29
• 2.3.5 光路搭建29-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 GaN的基本特性33-41
• 3.1 GaN的生长和制备34-36
• 3.2 GaN的物理、化学特性36-37
• 3.3 GaN的光电特性37-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 GaN基LED内量子效率的研究41-49
• 4.1 内量子效率的定义41
• 4.2 内量子效率的测量方法41-42
• 4.3 PL内量子效率的测量42-47
• 4.3.1 PL内量子效率传统测量方法42
• 4.3.2 样品的结构参数42-43
• 4.3.3 实验过程43
• 4.3.4 PL光谱的形状、峰位、半高宽以及发光效率的温度依赖性43-45
• 4.3.5 PL光谱积分强度,PL发光效率的功率依赖性45-47
• 4.3.6 PL内量子效率测量新方案47
• 4.4 EL内量子效率的测定47-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第五章 ZnO的基本性质49-57
• 5.1 ZnO的生长49
• 5.2 ZnO的晶体结构49-50
• 5.3 ZnO的物理化学性质50-52
• 5.4 ZnO的光学特性52-55
• 5.4.1 金属氧化物晶体的缺陷类型52-53
• 5.4.2 ZnO中的缺陷发光53-55
• 5.5 ZnO的电学特性55-56
• 5.6 本章小结56-57
• 第六章 ZnO纳米材料制备57-71
• 6.1 CVD法生长ZnO57-61
• 6.1.1 ZnO纳米线阵列基本生长条件57-58
• 6.1.2 衬底的清洗58
• 6.1.3 ZnO纳米线阵列的生长过程58-59
• 6.1.4 ZnO纳米线的形貌表征59-61
• 6.2 种子层种类对ZnO阵列表面形貌的影响61-63
• 6.2.1 醋酸锌溶液制备种子层61
• 6.2.2 利用磁控溅射系统生长种子层61-62
• 6.2.3 种子层生长方法对ZnO表面形貌的影响62-63
• 6.3 反应源到衬底之间的距离对ZnO阵列表面形貌的影响63-65
• 6.4 种子层厚度ZnO纳米线表面形貌的影响65-69
• 6.5 本章小结69-71
• 第七章 结论71-73
• 参考文献73-79
• 致谢79-81
• 攻读硕士期间发表的论文81-82
• 附录82-89
• 学位论文评阅及答辩倩况表89

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王敬,熊贵光;金属纳米线阵列的光学非线性增强因子的分析和计算[J];光子学报;2004年02期

2 牛宇然;张辉;陈子瑜;黄沛霖;武哲;;钴铂纳米线阵列的制备与性能研究[J];电子显微学报;2006年06期

3 陈东;宋国君;彭智;佘希林;李建江;韩萍;;简单蚀刻法制备具有可控高度的金属纳米线阵列[J];功能材料与器件学报;2007年04期

4 刘建华;;不同结构镍纳米线阵列的制备及其磁性[J];功能材料信息;2007年05期

5 韩萍;宋国君;徐思亭;孙桂滨;袁芳;韩云海;;电化学模板法制备金属Ni纳米线阵列的研究[J];青岛大学学报(工程技术版);2008年02期

6 张轶群;施毅;濮林;张荣;郑有p，

本文编号：674931