半导体照明用荧光SiC衬底基础研究
发布时间：2021-10-04 22:51
21世纪是以LED为代表的半导体照明光源的时代。现阶段主流白光LED照明技术路线就是采用氮化物基蓝色LED涂覆黄色荧光粉制备。其中氮化物蓝光LED,正如众多研究学者所认为的,被视为“蓝光LED照亮世界”的关键。科学家们用了近30年的时间在材料和器件实现了突破,走通从理论到应用的路,使得白光LED照明应用的推广成为可能。就如2014年诺贝尔物理学奖中提到蓝光LED是“给全人类带来巨大益处的发明”。直至今日,白光二极管一直在被改进中。产业和学界仍然为更高亮度、更低能耗、更便宜的白光一直在努力。随着时代的发展,氮化物LED在使用中暴露以下问题:蓝宝石与GaN晶格和热应力失配大,使得LED整个材料体系具有高失配、高缺陷、高极化效应、导热差、内量子效率与光提取效率不高等缺点;另外,荧光剂一般采用稀土掺杂YAG荧光粉,存在显色指数低、可靠性较差、价格昂贵等缺点等等。研究学者们针对这些问题提出一系列的新型技术路线,如:OLED、Micro LED等,来满足半导体照明日益扩大的市场需求。施主受主共掺的荧光SiC（f-SiC）衬底是一种新型白光LED技术路线,具有高效率、高显色指数、良好的稳定性和晶格匹...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?４Ｈ／６Ｈ／３Ｃ－ＳｉＣ的晶型堆垛结构??Ｆｉｇ．?１．２ｓｔａｃｋｉｎｇ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?４Ｈ?／?６Ｈ?／?３Ｃ－ＳｉＣ．??
山东大学硕士学位论文??１．２．３物理气相传输法??物理气相传输法也叫改进的Ｌｅｌｙ法，是由Ｔａｉｒｏｖ和Ｔｓｖｅｔｋｏ等人首次研究??提出［７］。其生长过程可分为三个阶段：预处理阶段、生长阶段、降温阶段。首先，??将整个生长腔体进行密封，并对系统进行加热和抽真空处理，使吸附于系统内部??的Ｎ、水蒸气等杂质排出，以此来预处理。生长过程主要涉及三个步骤：（ｉ）ＳｉＣ??源的升华；（ｉｉ）升华物质的传输；（ｉｉｉ）表面反应和结晶。生长设备如图１．５所示，??将ＳｉＣ源（ＳｉＣ粉末或烧结的多晶ＳｉＣ）放置在石墨坩埚的底部，并将ＳｉＣ籽晶放??置在谢埚盖附近。ＳｉＣ源顶部和籽晶之间的距离通常为２０－４０?ｍｍ。通过射频（ＲＦ）??感应或电阻加热将坩埚加热至２３００－２４００?°Ｃ。在超过１８００?°Ｃ的高温时，ＳｉＣ会??升华并分解出多种气氛，其中主要有Ｓｉ、３丨（：２和Ｓｉ２Ｃ等气相组分以及固态Ｃ，??这些组分以浓度梯度为驱动力，从高浓度区域向低浓度区域（生长界面）扩散，籽??晶温度一般比在底部生长料的温度低约１００?Ｘ，升华后的ＳｉＣ组分在籽晶上凝??结并结晶，以此完成ＳｉＣ单晶的生长。生长过程通入髙纯度的Ａｒ（或Ｈｅ）气，生??长通常在低压下进行，以增强ＳｉＣ组分从生长料到籽晶的传输。在生长过程结束??之后，逐渐缓慢降温，避免晶体内热应力过大导致的晶体开裂。??Ｇｒｏｗｎ?ｂｏｕｌｅ?ｓｅｅｄ??？?，?＼?／?９??ＯＢＴ?Ｉ?１?＼??：■?ｍｎ?圍■?＼??Ｇｒａｐｈｉｔｅ?一?Ｅｍ?Ｓｏｕｒｃｅ??ｃｒｕｃｉｂｌｅ?Ｋ??ｈｉ?｜；Ｊ?????〇國?圓？??ＳｉＣ?ｓｏｕｒｃｅ?Ｔｈｅｒ
Ｂ的掺杂特??性进行研究。Ｂ可以在ＳｉＣ禁带内产生浅能级和深能级。其中，浅能级激活能为??０．３５－０．３９?ｅＶ，深能级也就是所谓的Ｄ中心的激活能为０．５５－０．７５?ｅＶ［５－７】。研究表??明，Ｂ在扩散掺杂的过程中，大部分形成了?Ｄ中心，在生长外延层掺杂的过程??中，主要形成浅硼中心。根据ＥＳＲ的数据分析，ＳｉＣ中浅Ｂ能级（ＢＳｉ）是Ｂ原子??取代Ｓｉ原子而形成的，而深的能级中心是由于Ｂ原子复合碳空位产生的【３］。??＾?ｆｆ－ｆ?：：??ｃ－ａｘｉｓ?１?ｃ－ａｘｉｓ??图２．１深能级Ｂ所处位置的模型（ａ）Ｂｓｉ－Ｖｃ，?（ｂ）Ｖｓｉ－Ｂｃ？其中Ｂｓｉ和Ｂｃ分别代表Ｂ取代Ｓｉ位??和Ｃ位；ＶＣ和ＶＳｉ则分别代表Ｃ空位和Ｓｉ空位。??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌｏｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｄｅｅｐ?ｌｅｖｅｌ?Ｂ（ａ）Ｂｓｉ－Ｖｅ？?（ｂ）Ｖｓｉ－Ｂｃ．??我们采用Ｎ－Ｂ双掺来制备ｆ－ＳｉＣ。Ｎ杂质掺入量是通过流量控制器实现，其??精度可以ｓｅｅｍ量级，可以精确控制晶体Ｎ杂质浓度采用粉末状Ｂ４Ｃ作为Ｂ掺??杂源，均匀混入源料中。Ｂ杂质随着ＳｉＣ粉料的分解，逐步掺入晶体，达到适宜??的浓度，并且不会引入其他的杂质。??２．２．２碳化硅中的载流子浓度测试及计算??半导体材料中的载流子浓度直接决定着半导体的导电能力，因此要研究荧光??碳化硅各项性质，必须定量地研究其载流子浓度。选取５个不同的晶棒中样品??Ａ１－Ａ４，对其进行二次离子质谱（ＳＩＭＳ）测得到Ｎ和Ｂ掺杂浓度。样品Ａ１－Ａ４硼??（受主）掺杂浓度达到Ｉ０１８ｃｎｒ３，并且依次增大。控制生长过程中的氮气流量，将??样品Ｎ浓度控制在Ｉ０１９ｃ
【参考文献】：
期刊论文
[1]荧光寿命测定的现代方法与应用[J]. 房喻,王辉. 化学通报. 2001(10)
[2]Sb掺杂Hg1-xCdxTe的光致发光[J]. 常勇,褚君浩,唐文国,沈文忠,汤定元. 物理学报. 1997(05)
本文编号：3418491
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?４Ｈ／６Ｈ／３Ｃ－ＳｉＣ的晶型堆垛结构??Ｆｉｇ．?１．２ｓｔａｃｋｉｎｇ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?４Ｈ?／?６Ｈ?／?３Ｃ－ＳｉＣ．??
山东大学硕士学位论文??１．２．３物理气相传输法??物理气相传输法也叫改进的Ｌｅｌｙ法，是由Ｔａｉｒｏｖ和Ｔｓｖｅｔｋｏ等人首次研究??提出［７］。其生长过程可分为三个阶段：预处理阶段、生长阶段、降温阶段。首先，??将整个生长腔体进行密封，并对系统进行加热和抽真空处理，使吸附于系统内部??的Ｎ、水蒸气等杂质排出，以此来预处理。生长过程主要涉及三个步骤：（ｉ）ＳｉＣ??源的升华；（ｉｉ）升华物质的传输；（ｉｉｉ）表面反应和结晶。生长设备如图１．５所示，??将ＳｉＣ源（ＳｉＣ粉末或烧结的多晶ＳｉＣ）放置在石墨坩埚的底部，并将ＳｉＣ籽晶放??置在谢埚盖附近。ＳｉＣ源顶部和籽晶之间的距离通常为２０－４０?ｍｍ。通过射频（ＲＦ）??感应或电阻加热将坩埚加热至２３００－２４００?°Ｃ。在超过１８００?°Ｃ的高温时，ＳｉＣ会??升华并分解出多种气氛，其中主要有Ｓｉ、３丨（：２和Ｓｉ２Ｃ等气相组分以及固态Ｃ，??这些组分以浓度梯度为驱动力，从高浓度区域向低浓度区域（生长界面）扩散，籽??晶温度一般比在底部生长料的温度低约１００?Ｘ，升华后的ＳｉＣ组分在籽晶上凝??结并结晶，以此完成ＳｉＣ单晶的生长。生长过程通入髙纯度的Ａｒ（或Ｈｅ）气，生??长通常在低压下进行，以增强ＳｉＣ组分从生长料到籽晶的传输。在生长过程结束??之后，逐渐缓慢降温，避免晶体内热应力过大导致的晶体开裂。??Ｇｒｏｗｎ?ｂｏｕｌｅ?ｓｅｅｄ??？?，?＼?／?９??ＯＢＴ?Ｉ?１?＼??：■?ｍｎ?圍■?＼??Ｇｒａｐｈｉｔｅ?一?Ｅｍ?Ｓｏｕｒｃｅ??ｃｒｕｃｉｂｌｅ?Ｋ??ｈｉ?｜；Ｊ?????〇國?圓？??ＳｉＣ?ｓｏｕｒｃｅ?Ｔｈｅｒ
Ｂ的掺杂特??性进行研究。Ｂ可以在ＳｉＣ禁带内产生浅能级和深能级。其中，浅能级激活能为??０．３５－０．３９?ｅＶ，深能级也就是所谓的Ｄ中心的激活能为０．５５－０．７５?ｅＶ［５－７】。研究表??明，Ｂ在扩散掺杂的过程中，大部分形成了?Ｄ中心，在生长外延层掺杂的过程??中，主要形成浅硼中心。根据ＥＳＲ的数据分析，ＳｉＣ中浅Ｂ能级（ＢＳｉ）是Ｂ原子??取代Ｓｉ原子而形成的，而深的能级中心是由于Ｂ原子复合碳空位产生的【３］。??＾?ｆｆ－ｆ?：：??ｃ－ａｘｉｓ?１?ｃ－ａｘｉｓ??图２．１深能级Ｂ所处位置的模型（ａ）Ｂｓｉ－Ｖｃ，?（ｂ）Ｖｓｉ－Ｂｃ？其中Ｂｓｉ和Ｂｃ分别代表Ｂ取代Ｓｉ位??和Ｃ位；ＶＣ和ＶＳｉ则分别代表Ｃ空位和Ｓｉ空位。??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌｏｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｄｅｅｐ?ｌｅｖｅｌ?Ｂ（ａ）Ｂｓｉ－Ｖｅ？?（ｂ）Ｖｓｉ－Ｂｃ．??我们采用Ｎ－Ｂ双掺来制备ｆ－ＳｉＣ。Ｎ杂质掺入量是通过流量控制器实现，其??精度可以ｓｅｅｍ量级，可以精确控制晶体Ｎ杂质浓度采用粉末状Ｂ４Ｃ作为Ｂ掺??杂源，均匀混入源料中。Ｂ杂质随着ＳｉＣ粉料的分解，逐步掺入晶体，达到适宜??的浓度，并且不会引入其他的杂质。??２．２．２碳化硅中的载流子浓度测试及计算??半导体材料中的载流子浓度直接决定着半导体的导电能力，因此要研究荧光??碳化硅各项性质，必须定量地研究其载流子浓度。选取５个不同的晶棒中样品??Ａ１－Ａ４，对其进行二次离子质谱（ＳＩＭＳ）测得到Ｎ和Ｂ掺杂浓度。样品Ａ１－Ａ４硼??（受主）掺杂浓度达到Ｉ０１８ｃｎｒ３，并且依次增大。控制生长过程中的氮气流量，将??样品Ｎ浓度控制在Ｉ０１９ｃ
【参考文献】：
期刊论文
[1]荧光寿命测定的现代方法与应用[J]. 房喻,王辉. 化学通报. 2001(10)
[2]Sb掺杂Hg1-xCdxTe的光致发光[J]. 常勇,褚君浩,唐文国,沈文忠,汤定元. 物理学报. 1997(05)
本文编号：3418491
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