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本文的主要内容为新型半导体氮化铟(InN)薄膜的光学性质。InN在光电子和微电子器件领域有很好的应用前景,其光学和电学性质研究显得非常重要。
首先介绍了半导体光学性质的研究方法和实验仪器实验,即Raman散射、光致发光、反射、透射光谱的基本原理,所用实验仪器主要是:显微Raman光谱仪(Jobin Yvon LabRam HR High Resolution 800UV)和HR460紫外光谱仪。
继而对InN光学性质研究现状作了一个综述,总结了最近一段时间关于InN的声子结构、Raman光谱的温度,压力效应和带隙的争论等研究。针对当前的研究现状,把本文工作重点集中在以下几个信息还比较缺乏的方面:InN晶格振动模的温度效应、带隙问题、高临界点跃迁、生长条件对晶体性质的影响以及随深度变化晶体性质的变化等。
对于MOVPE生长的InN,在考虑了Burstein-Moss效应外,能带重整化和乌尔巴赫带尾后,从透射光谱和发光光谱求出了InN样品的真正带隙值~1.20 eV。另外运用了一个详细的模型(考虑了晶格热膨胀、残余应力和多声子耦合)来描述其Raman峰位都随着测量温度的增加而红移,峰宽蓝移的现象。此外还运用Adachi公式拟合了从可见光到真空紫外光波段的反射光谱 (4-20 eV),算出了介电函数的虚部,并且所得出的高临界点跃迁和经验赝势模型计算的能带结构的跃迁有着很好的对应。
对磁控溅射生长在宝石衬底上的InN薄膜,通过Raman、发光和透射光谱总结出较高的生长温度能够得到较好的晶格质量,并且有AlN缓冲层的InN最佳生长温度略小于无缓冲层的。此外,还对InN薄膜进行了正入射和侧面入射的发光实验,详细研究了生长温度和不同深度对于发光峰的影响。随着生长温度的升高,发光峰位红移;随着深度的增加,发光峰位蓝移,可以把这一现象归结为不同的应力所引起的。发现样品中热应力和冷却应力的综合效果是残余的张应力随着深度而变小,并且运用应力理论对于应力大小进行了估算。
以上研究得到了国家自然科学基金(编号10125416和60576067)以及教育部优秀青年教师教学与科研奖励基金的资助。