【摘 要】
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氮化镓(GaN)是由Ⅲ族元素Ga和Ⅴ族元素N组成的直接宽带隙化合物半导体材料。GaN物理化学性质稳定,具有优异的光电特性,不仅是制备高性能发光器件的理想材料,也是制备光电子器件和高功率器件的关键材料之一。氢化物气相外延(HVPE)技术是目前实现GaN体材料产业化最具潜力的生长方法。光致发光测试操作简单,无破坏性而且具有较高的灵敏度,在半导体材料及器件的生产和研究中是基础的也是必要的传统测试方法。开
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氮化镓(GaN)是由Ⅲ族元素Ga和Ⅴ族元素N组成的直接宽带隙化合物半导体材料。GaN物理化学性质稳定,具有优异的光电特性,不仅是制备高性能发光器件的理想材料,也是制备光电子器件和高功率器件的关键材料之一。氢化物气相外延(HVPE)技术是目前实现GaN体材料产业化最具潜力的生长方法。光致发光测试操作简单,无破坏性而且具有较高的灵敏度,在半导体材料及器件的生产和研究中是基础的也是必要的传统测试方法。开展HVPE-GaN光致发光测试分析及其应用研究对提高GaN晶体质量、加快产业化进程、开发测试方法等具有重要意义。这项工作以系列HVPE生长的GaN(HVPE-GaN)样品为研究对象,围绕光致发光测试分析及应用开发这一主题展开研究。论文主要工作如下:1、基于光致发光基本原理,通过具体实例阐述了光致发光测试基本方法。成功采集并分析了不同GaN样品的光致发光谱,丰富和完善了HVPE-GaN样品的光谱数据库。2、将国内常用于生物医学领域的双光子激发光致发光测试系统应用于非故意掺杂GaN样品三维位错分布的无损表征,成功采集到了200(X)×200(Y)×70(Z)μm~3的三维位错分布图像。借助阴极荧光测试验证了测试结果的有效性,结果表明使用双光子激发光致发光测试表征GaN材料的三维位错分布是可靠的。3、结合光致发光和二次离子质谱测试,重点分析了Ge掺杂GaN样品光致发光谱中位于3.473eV(4K)处激子发射线以下23meV和16meV的两个发光线与杂质的相关性。结合光致发光和霍尔测试,从能带层面分析了Ge掺杂GaN样品中光致发光特性与载流子浓度之间的相关性。使用光致发光谱的主峰全宽(ΔE)与载流子浓度(n)之间的依赖关系计算得到的载流子浓度与实验测得的载流子浓度之间的误差小于1个数量级。结果表明光致发光测试是表征Ge掺杂GaN材料中杂质和载流子浓度的一种可行方法。这项工作在研究光致发光测试分析及其应用拓展的同时表征了样品中位错、应力、杂质及载流子浓度等指标,不仅反映了系列HVPE-GaN样品的晶体质量,丰富了HVPE-GaN光谱数据库,也为传统光致发光测试分析方法的新用途开发提供了参考。
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