导读:本文包含了型掺杂论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:太阳能电池,杂质,气相,磁控溅射,空穴,能级,衬底。
型掺杂论文文献综述
史治化,秦大山[1]（2019）在《有机p-型掺杂层对有机太阳能电池性能的影响》一文中研究指出p-型掺杂有机层(CBP:MoO_3)常被用作空穴传输层来提高有机发光二极管性能。我们将CBP:MoO_3作为空穴提取层,应用于反向有机太阳能电池(OSC)中。跟传统的空穴抽取层(MoO_3)相比,当抽取层的厚度≤20 nm时,两种反向OSCs的短路电流几乎相同,但是CBP:MoO_3提高了器件的填充因子和能量转换效率。(本文来源于《第六届新型太阳能电池材料科学与技术学术研讨会论文集》期刊2019-05-25）
徐庆君[2]（2019）在《高Al组分AlGaN薄膜的MOCVD生长及p型掺杂研究》一文中研究指出铝镓氮(AlGaN)是第叁代新型宽禁带半导体材料的重要代表之一,其禁带宽度可以在3.4eV(GaN)到6.2eV(AlN)范围内连续可调,对应波长可覆盖200nm-365nm波段范围,是制作紫外发光二极管(LEDs)、激光二极管(LDs)等光电器件的理想材料。随着Al组分的增大,AlGaN材料被用于制备深紫外LEDs和LDs中,其有源区需要高Al组分的AlGaN层,因此,高Al组分AlGaN薄膜的生长和表征成为了近年来研究的热点之一。此外,相比于GaN薄膜中的p型掺杂水平,AlGaN的掺杂效率还比较低,其物理原因在于AlGaN的禁带宽度随着Al组分的增大而增大,受主位置不断加深,激活能增大,从而导致激活效率和空穴浓度降低,无法满足制备紫外LED器件的要求。因此,低阻、高激活效率p型AlGaN薄膜的研究迫在眉睫。本论文采用金属有机物化学气相外延(MOCVD)法,在GaN/蓝宝石衬底上,以高温氮化铝(HT-AlN)为插入层生长了一系列高Al组分AlGaN薄膜,并系统地研究薄膜的物性,进而生长并表征p型AlGaN薄膜的物性,最后对AlGaN:Mg薄膜中反向畴结构稳定性和电子性质进行了理论研究,以上为高质量AlGaN薄膜的生长提供了技术方案,对高性能UV-LED器件结构的制备和应用都具有重要意义。主要研究内容和取得成果包括:(一)高Al组分AIGaN薄膜的外延生长与物性研究1.采用金属有机物化学气相外延(MOCVD)法,在GaN/蓝宝石衬底上,以HT-AlN为插入层,通过降低TMGa/TMAl摩尔比提高了 Al的掺入效率,生长出高Al组分AlxGai-xN(0.33≤x≤0.79)薄膜。其中,Al0.55Ga0.45N薄膜的晶体质量最佳。高分辨X射线衍射(HRXRD)测试表明,该薄膜(0002)衍射峰半高宽为 259 arcsec。2.透射电子显微镜(TEM)测试表明,Al0.55Ga045N薄膜中的螺位错密度为2.0×108cm-2,与W-H拟合结果相一致。而且,HT-AlN插入层中形成的V型槽结构起到了亚微米的横向外延作用,有利于位错的弯曲、合并和湮灭,能够有效降低位错密度,较大幅度地提高AlGaN外延薄膜的晶体质量。3.Al0.55Ga0.45N薄膜的带边发光峰随温度呈现明显的“S”型变化,这归因于势场波动和带尾态导致激子定域化能量为14.95meV。低温下的时间分辨光致发光谱(TRPL)满足双指数衰减过程,其中快衰减时间代表定域态激子的有效复合;慢衰减时间被认为部分载流子在有效复合之前,经历了由阳离子空位络合物(如VⅢ-ON,VⅢ-SiN,VⅢ-Xi)引起的俘获和解俘获过程。(二)Mg掺杂AlGaN薄膜的外延生长与物性研究1.采用金属有机物化学气相外延(MOCVD)法,在非故意掺杂AlGaN薄膜生长的基础上,通过均匀Mg掺杂方法生长了 AlxGa1-xN:Mg(0.23≤x≤0.57)薄膜。结合二次离子质谱(SIMS)和透射电子显微镜(TEM)测试表明,H有利于提高Mg的掺入量;在Cp2Mg流量大时,由于Mg固溶度的限制,薄膜中形成Mg团簇,引起反向畴结构,继而转为N极性薄膜生长。一方面降低了后续Mg的掺入量,另一方面因未形成Mg-H络合物,使H浓度降低;并且,随着Cp2Mg流量的增大,反向畴形成的初始位置向着AlGaN/HT-AlN界面移动。2.霍尔(Hall)实验测量表明,Mg掺杂浓度为～1020cm-3的AlxGa11-xN(x=0.23,0.35和0.57)样品实现了霍尔激活导通;室温下,p型载流子浓度从1018cm-3(x=0.23)降至1016cm-3(x=0.57)。由空穴浓度随温度的依赖关系可知,Al0.23Ga0.77N:Mg和Al0.35Ga0.65N:Mg薄膜中的Mg受主激活能大小分别为172meV和242meV,这是由于受主库仑势交迭和高浓度自由载流子引起的库仑势屏蔽,导致受主激活能降低;当进一步提高Cp2Mg流量,AlGaN薄膜转为N极生长模式,由于薄膜质量差,反向畴和本征缺陷(VN3+)增多,使自补偿度增大,导致电阻率迅速增大。3.采用阴极荧光光谱(CL)研究发现,AlxGa1-xN:Mg(x=0.23,0.35和0.57)薄膜的带边发光淬灭,存在两种施主-受主对(DAP)的复合发光,分别是浅施主(O)与深受主(VⅢ complex)1-对,以及施主(VN3+)与中性Mg受主所束缚的电子与空穴的复合跃迁,从而导致自补偿度增大,这是造成空穴浓度和迁移率降低的主要原因。(叁)反向畴的第一性原理研究1.采用第一性原理计算比较了GaN和AlN中反向畴结构及其对应的未反转结构的稳定性。结果表明,在GaN中,Mg团簇容易引起反转结构;在AlN中,锥体反向畴基底(0001)面的Mg原子层容易引起反转结构;在GaN和AlN中,都容易形成IDB*反向畴结构。在此基础上,讨论了 Al原子占位对反向畴稳定性的影响。2.采用第一性原理计算得到反向畴结构的能带结构,并通过计算导带底和价带顶能带所对应的电子波函数图像和电子轨道态密度,揭示导带底和价带顶能带电子态的根源。(本文来源于《南京大学》期刊2019-05-22）
张飞鹏,施加利,张静文,杜玲枝,张坤书[3]（2019）在《Ca位p型掺杂Ca_2Co_2O_5晶体材料电子状态的理论研究》一文中研究指出采用密度泛函理论研究了p型Na掺杂对Ca_2Co_2O_5基晶体材料电子状态的影响,并分析了内部微细电子结构.结果表明,纯的Ca_2Co_2O_5晶体材料和Na掺杂Ca_2Co_2O_5基晶体材料的能带均为各向异性的金属型能带.Na掺杂之后,在Ca_2Co_2O_5基晶体材料的费米面上插入了新的能级,多条简并态能级展开形成分立的能级.体系d态电子对Ca_2Co_2O_5基晶体材料费米面状态密度的贡献作用减弱,而p态电子对系统的贡献作用增强.p态和d态电子之间均存在着较强的相互作用,并且经过Na掺杂有增强的趋势.Na的掺杂造成Ca的电子数量减少导致其对态密度贡献程度降低,Ca—Co—O层中的Co和O的贡献程度均大大降低,Co—O层中的Co和O的贡献程度均大大提高.Na在掺杂Ca_2Co_2O_5基晶体材料中表现为弱的正离子中心,其对Ca位的掺杂属于p型掺杂.(本文来源于《分子科学学报》期刊2019年02期）
宋茜[4]（2019）在《二维MoS_2的P型掺杂》一文中研究指出二硫化钼(MoS2)是一种层状的过渡金属硫族化合物,随着层数减少至单层,Mo S2由间接带隙转化为直接带隙。相比于现在热点研究的零带隙的石墨烯材料而言,二维二硫化钼带隙可调,因此被广泛应用,比如光电探测、太阳能电池、传感器、场效应晶体管、催化、光电器件、能量存储等方方面面。但是二维MoS2是n型输运的半导体材料,单层MoS2发光效率较低,严重限制其在光电器件中的应用。因此实现其双极性,并提高发光效率,是二维MoS2走向实际应用需要面临的巨大挑战。本文采用化学气相沉积法(CVD),将Zn作为p型掺杂剂进行原位掺杂,从而抑制MoS2薄膜的n型导电,成功制备出了 p型的二维MoS2薄膜。此外,为了比较,我们也利用CVD法制备了无掺杂的少数层MoS2薄膜。利用拉曼光谱、荧光光谱对掺杂前后厚度相同的二维MoS2薄膜进行了光学性质表征。结果发现,与未掺杂的二维MoS2相比,掺Zn的二维MoS2发光效率提升了数倍,这证明了我们制备的二维MoS2薄膜是p型的。我们采用的掺杂方式简单易行,有助于推动MoS2在新型光电器件上的应用。此外,我们研究了不同形貌的少层MoS2边缘所成角度大小与其边缘终结原子的关系。由于MoS2的边缘磁性和电子结构与边缘形貌有着十分紧密的联系,所以探究二硫化钼不同边缘形成的条件与规律对研究二维纳米材料有着重要的意义。(本文来源于《华北电力大学(北京)》期刊2019-03-01）
刘明雪,冯少朋,肖少庆,南海燕,张秀梅[5]（2018）在《基于温和氧等离子体实现硫化钼P型掺杂的研究》一文中研究指出采用一种处于电容放电模式(E-mode)的温和氧气电容耦合等离子体技术对薄层MoS_2进行处理,实现了P型掺杂。通过光学显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱和场效应晶体管的转移曲线测试,对MoS_2的掺杂机理进行了分析,发现温和氧气等离子体处理过程中氧和钼能形成Mo-O键,从而提供额外的空穴使其电子浓度下降,最终导致其开启电压变高、输出电流下降,同时氧气的化学吸附诱导在MoS_2层中引入了P型掺杂。此研究为实现MoS_2的P型掺杂提供了新途径。(本文来源于《人工晶体学报》期刊2018年09期）
沈洪雪,马俊,姚婷婷,李刚[6]（2018）在《p型掺杂ZnO薄膜的光致发光特性研究》一文中研究指出采用磁控溅射技术,以N_2作为p型掺杂源,制备p型N掺杂ZnO薄膜,着重研究了不同掺杂量的N掺杂ZnO薄膜的光学特性。结果表明,掺杂ZnO薄膜在360nm、380nm处出现主荧光峰,409nm、440nm处出现次荧光峰,而且随着N掺杂量的不同,主、次荧光峰-峰位和强度都会发生变化。当O_2∶N_2的体积流量比为15∶5时,薄膜中N含量最大,荧光谱中发光峰强度最佳,霍尔效应检测薄膜具有明显的p型导电特征。(本文来源于《压电与声光》期刊2018年04期）
司倩瑛[7]（2018）在《AlGaN基深紫外LED超晶格p型掺杂的研究》一文中研究指出AlGaN基深紫外发光二极管(DUV-LED)因其在光学存储、危险品检测、生物医药学、杀菌医疗、深度净化、固态照明、全彩色显示等众多领域的应用价值,吸引了许多研究学者的广泛关注。但是目前还存在一些亟待解决的难题,如载流子渗漏、p型掺杂困难、内量子效率依旧不高和低的光抽取效率功率等问题制约着AlGaN基深紫外LED进一步发展,因此为了能获得更高功率和内量子效率的深紫外LED,已经有多个研究课题组设计应用不同的器件结构对LED的性能加以改善和提高。本论文主要是基于课题组原有的实验数据和模拟工作,凝炼出基准的AlGaN基DUV-LED结构(本文称为传统结构),进一步应用APSYS软件针对其p型掺杂层进行研究,在一系列的数值模拟计算中,通过调整器件结构参数,提出具有更优性能的新型LED结构——变Al组分垒层的p型超晶格掺杂的AlGaN基DUV-LED(PSL型LED),即将电子阻挡层(EBL)之上的传统的p型AlGaN层设计成为变垒中Al组分的p型超晶格掺杂层,然后选取一系列模拟工作中的叁种特殊的新型PSL结构(p型超晶格的阱层中A1组分保持不变,改变垒层中Al组分)与传统结构相互比较,对四种结构的LED器件性能和内部物理机制进行研究和结果讨论,并通过实验进行验证。论文主要内容如下:1)首先简单介绍了 AlGaN基DUV-LED的基本性质和发光机理,然后讨论了 DUV-LED的市场应用前景、所存问题及解决方案。接着介绍了 AlGaN基DUV-LED的模拟方法,比如半导体器件的物理模型和基本方程,扼要介绍了 APSYS软件能够仿真的半导体器件种类,其操作环境和大致操作流程。2)对AlGaN基DUV-LED超晶格p型掺杂的研究,应用APSYS软件构建了四种不同的LED,结构A、B和C是新型超晶格p型掺杂结构,即将EBL层上传统的p型AlGaN层设计成为超晶格结构,超晶格的阱中Al组分都是0.4,垒层中Al组分不同,分别是0.5、0.55和0.6对应于结构A、B和C。结构D为传统的p型掺杂结构。然后对这四种结构进行模拟计算,通过比较内量子效率、发光功率、EL、电场强度、辐射复合效率、载流子浓度分布和能带结构图,发现垒层中A1组分为0.55的p型超晶格结构B,有更强的载流子限制作用,能使更多的空穴输运到有源区,从而有更优秀的器件输出性能。3)介绍了 PSL型AlGaN基DUV-LED的外延与表征,为了在实验上加以验证,我们用金属氧化物化学气相淀积(MOCVD)的方法分别生长了理论模拟的新的p型超晶格结构B和传统结构D,对二者进行了实验表征,包含PL和CL特性的测试,实验结果表明新型的p型超晶格DUV-LED的发光性能和电学性能相对传统结构DUV-LED有大幅提升。实验结果与APSYS软件模拟计算的结果保持一致,使用新型的变A1组分垒层p型超晶格掺杂层结构的DUV-LED可以大幅提高器件性能,这种独特的设计方法有良好的应用前景和使用价值。(本文来源于《厦门大学》期刊2018-06-30）
李爱星[8]（2018）在《p型掺杂和量子阱结构对GaN基LED光电性能影响的研究》一文中研究指出随着GaN材料外延生长技术和相关半导体器件制备技术的不断进步,InGaN/GaN基多量子阱LED在新一代的固态照明领域中显示出了巨大的应用潜力,因此近年来一直备受瞩目。然而,对于多量子阱结构的LED来说,由于p型掺杂的困难以及电子和空穴传输性能的差异,使得电子和空穴浓度以及它们在多量子阱中的分布都极为不匹配,从而制约了大功率、高亮度LED的开发和应用。因此,有必要深入地研究如何改善p型掺杂,以及如何解决载流子在多量子阱中分布不均匀的问题。本论文以MOCVD外延生长系统生长的Si衬底GaN基LED为研究对象,并在前期研究工作的基础上,通过进一步优化p型层中p-AlGaN电子阻挡层的p型掺杂工艺以及设计不同组合结构的量子阱有源区来提升InGaN/GaN基多量子阱LED的光电性能,主要得出了以下结论:1.通过对p-AlGaN电子阻挡层进行Mg预通的工艺处理,分别研究了Mg预通对蓝光、绿光和黄光LED p-AlGaN电子阻挡层中Mg掺杂浓度的影响。研究表明:在生长完GaN末垒后,且在p-AlGaN电子阻挡层生长之前,预先向反应室中通入一定量的Mg源(Cp_2Mg),即Mg预通,能够有效提高蓝光、绿光和黄光LED p-AlGaN电子阻挡层中的掺Mg浓度。这主要得益于Mg预通减轻了GaN材料体系生长时Mg的记忆效应对实际Mg掺杂浓度的影响。2.通过对p-AlGaN电子阻挡层中Mg预通的蓝光LED样品进行室温和低温下的电致发光测试,研究了p-AlGaN电子阻挡层中Mg预通对蓝光LED光电性能的影响。研究表明,与p-AlGaN电子阻挡层中未预通Mg的蓝光LED样品相比,p-AlGaN电子阻挡层中预通Mg后,蓝光LED不仅在室温下的外量子效率得到了提升,而且在低温下也具有程度相对更轻的IQE坍塌现象。这主要是由于p-AlGaN电子阻挡层中预通Mg后,p-AlGaN电子阻挡层中Mg浓度更高,离化出更多的空穴,使得量子阱中空穴浓度提高,与电子的浓度更加匹配。3.通过对p-AlGaN电子阻挡层中Mg预通的绿光、黄光LED进行室温和低温下的电致发光测试,分别研究了p-AlGaN电子阻挡层中Mg预通对绿光和黄光LED光电性能的影响,研究表明:当p-AlGaN电子阻挡层采用Mg预通生长工艺时,绿光和黄光LED室温下的峰值波长和半峰宽随电流密度的变化规律均和蓝光LED实验相同。但是,和蓝光LED不同的是,绿光和黄光LED室温下的外量子效率在Mg预通后降低,低温下外量子效率反而升高。在p-AlGaN电子阻挡层Mg预通实验中,有两方面的因素会对发光效率产生重要的影响。一方面,预通Mg后p-AlGaN电子阻挡层中空穴浓度的增加能够提高器件的量子效率,另一方面,预通Mg后p-AlGaN电子阻挡层中空穴浓度的提高使得载流子主要集中在晶体质量较差的靠近p层的量子阱中发光,从而降低了量子效率。对同样含有V型坑的高In组份的绿光、黄光LED而言,量子阱中发生了更为严重的晶格失配,通过应力弛豫产生的晶体缺陷更多,因此晶体质量是影响发光效率的主要因素。而在蓝光LED实验中,p-AlGaN电子阻挡层中空穴浓度的提高起主要作用。4.通过设计同温阱、限制阱(靠近n层)和发光阱(靠近p层)组合结构的量子阱,研究了限制阱和发光阱组合结构的量子阱对绿光LED器件光电性能的影响。研究发现,靠近p层的发光阱由于对载流子具有较强的存储和限制作用,使得发光位置主要集中在靠近p-GaN的发光阱中,组合量子阱结构一方面提高了发光阱中的载流子浓度,增大了电子与空穴波函数的交迭量,从而提高了发光效率,另一方面减轻了绿光LED在低温下的IQE坍塌。(本文来源于《南昌大学》期刊2018-06-30）
叶青青,王照奎,李萌,张丛丛,胡柯豪[9]（2018）在《N型掺杂富勒烯作为电子修饰层的钙钛矿太阳能电池》一文中研究指出有机/无机杂化卤化物钙钛矿太阳能电池(PSC)在过去几年的能量转换效率不断上升,在光伏领域表现出强大的竞争力。除了钙钛矿层本身外,相邻界面层的材料特性也影响着器件的效率和稳定性。利用富勒烯对二氧化钛(TiO_2)进行改性是进一步提高PSC器件效率和稳定性的有效策略。然而,富勒烯材料电子迁移率和薄膜电导率较低,限制了其在钙钛矿太阳能电池中的潜在应用。这里,我们采用双(五甲基环戊烯)钴(DMC)掺杂富勒烯衍生物(Bis-PCBM),实现了Bis-PCBM的n型掺杂,并作为电子修饰层制备出了高效且稳定的平面结构钙钛矿太阳能电池。DMC掺杂在调节Bis-PCBM能级、提高Bis-PCBM薄膜的电子迁移率和电导率方面发挥了一系列作用。另外,Bis-PCBM:DMC复合膜也表现出良好的耐溶剂性,这可以有效减缓钙钛矿层的退化过程。最终,通过同时改善开路电压,短路电流密度和填充因子这叁个关键参数,获得了最大能量转换效率为20.14%的钙钛矿太阳能电池。这一发现为实现n型掺杂富勒烯制备高效稳定的PSC器件提供了一条新的途径。(本文来源于《2018第二届全国太阳能材料与太阳能电池学术研讨会摘要集》期刊2018-06-23）
徐帅[10]（2018）在《SnO_2光电半导体P型掺杂改性的第一性原理研究》一文中研究指出由宽禁带半导体金属氧化物材料制备的电子器件广泛应用在太阳能电池、平板显示、激光器等光电器件领域,是目前的研究热点之一。通常情况下,通过掺杂元素可使金属氧化物材料达到从绝缘体到半导体、导体的转变。而由于本征缺陷的存在,绝大多数的本征金属氧化物的导电类型为n型,导致非故意掺杂呈p型导电的材料非常少,因而无法达到“全透明半导体器件”的目的。此外,优异光电性能的p型材料对于提高器件性能十分重要,也是大多数金属氧化物半导体研究的重点与难点。与GaN和ZnO相比,SnO_2具有更宽的带隙(室温下)和更高的激子束缚能,是一种具有重要潜在应用前景的波长更短的UV发光材料,特别是短波发光器件领域。因此,本文以SnO_2为载体,分析不同p型掺杂模型的光电特性,以期待为具有优异光电特性的光电器件的制备提供有意义的理论指导。本文计算采用基于密度泛函理论的第一性原理,使用Materials studio软件的CASTEP模块,分别采用Ag和Al元素形成p型掺杂SnO_2进行对比,发现在SnO_2:Ag体系的禁带中出现了两条单粒子缺陷能级,其最小电离能约占禁带宽度的45%,属于深受主能级—复合中心;Al单掺杂SnO_2体系中未观察到明显的杂质能级,当Al元素浓度从4.17 at.%增加至8.33 at.%,也未见明显的杂质能级,但会大幅度增加可见光区的吸收系数,提高可见光的利用率。随后进行了Ag-Al共掺,Al元素的引入不仅使得单受主Ag杂质能级的电离能降低了约53%,还可以大幅度降低复合缺陷在O-rich条件下的形成能,甚至比Al单掺杂SnO_2中缺陷Al_(Sn)的形成能还低,此外,Al和Ag两元素的掺入都会发生吸收边红移现象,进而增加红外区和可见光区的吸收系数,增大材料的光学响应。本论文还研究了不同N浓度2.08 at.%、4.67 at.%、6.25 at.%的Al-N共掺SnO_2模型,发现N 2p态电子在禁带中引入了明显的缺陷能级,增加N掺杂浓度,缺陷能级的数目也增加,并且缺陷能级的深度有降低的趋势,最小电离能可达到0.06eV。在光学性质方面,N掺杂浓度的提高,使得介电函数虚部的第一峰值增强,吸收边发生红移同样也增强,红外区和可见光区的吸收系数、反射率增加。但Sn_(23)Al_1O_(46)N~1N~5模型比较特殊,其两条缺陷单粒子能级是由Al 3p态和N 2p态杂化形成的,并且模型在可见光区的吸收系数趋近于零,且在2.6eV—6eV间的长波紫外光区具有较低的光吸收率,与未掺杂的SnO_2光谱图类似,表明其在能量0eV—6eV(可见光区、红外区、部分紫外光区)具有较高的光透过率,是比较优秀的透明导电薄膜材料。(本文来源于《江苏大学》期刊2018-06-07）
型掺杂论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
铝镓氮(AlGaN)是第叁代新型宽禁带半导体材料的重要代表之一,其禁带宽度可以在3.4eV(GaN)到6.2eV(AlN)范围内连续可调,对应波长可覆盖200nm-365nm波段范围,是制作紫外发光二极管(LEDs)、激光二极管(LDs)等光电器件的理想材料。随着Al组分的增大,AlGaN材料被用于制备深紫外LEDs和LDs中,其有源区需要高Al组分的AlGaN层,因此,高Al组分AlGaN薄膜的生长和表征成为了近年来研究的热点之一。此外,相比于GaN薄膜中的p型掺杂水平,AlGaN的掺杂效率还比较低,其物理原因在于AlGaN的禁带宽度随着Al组分的增大而增大,受主位置不断加深,激活能增大,从而导致激活效率和空穴浓度降低,无法满足制备紫外LED器件的要求。因此,低阻、高激活效率p型AlGaN薄膜的研究迫在眉睫。本论文采用金属有机物化学气相外延(MOCVD)法,在GaN/蓝宝石衬底上,以高温氮化铝(HT-AlN)为插入层生长了一系列高Al组分AlGaN薄膜,并系统地研究薄膜的物性,进而生长并表征p型AlGaN薄膜的物性,最后对AlGaN:Mg薄膜中反向畴结构稳定性和电子性质进行了理论研究,以上为高质量AlGaN薄膜的生长提供了技术方案,对高性能UV-LED器件结构的制备和应用都具有重要意义。主要研究内容和取得成果包括:(一)高Al组分AIGaN薄膜的外延生长与物性研究1.采用金属有机物化学气相外延(MOCVD)法,在GaN/蓝宝石衬底上,以HT-AlN为插入层,通过降低TMGa/TMAl摩尔比提高了 Al的掺入效率,生长出高Al组分AlxGai-xN(0.33≤x≤0.79)薄膜。其中,Al0.55Ga0.45N薄膜的晶体质量最佳。高分辨X射线衍射(HRXRD)测试表明,该薄膜(0002)衍射峰半高宽为 259 arcsec。2.透射电子显微镜(TEM)测试表明,Al0.55Ga045N薄膜中的螺位错密度为2.0×108cm-2,与W-H拟合结果相一致。而且,HT-AlN插入层中形成的V型槽结构起到了亚微米的横向外延作用,有利于位错的弯曲、合并和湮灭,能够有效降低位错密度,较大幅度地提高AlGaN外延薄膜的晶体质量。3.Al0.55Ga0.45N薄膜的带边发光峰随温度呈现明显的“S”型变化,这归因于势场波动和带尾态导致激子定域化能量为14.95meV。低温下的时间分辨光致发光谱(TRPL)满足双指数衰减过程,其中快衰减时间代表定域态激子的有效复合;慢衰减时间被认为部分载流子在有效复合之前,经历了由阳离子空位络合物(如VⅢ-ON,VⅢ-SiN,VⅢ-Xi)引起的俘获和解俘获过程。(二)Mg掺杂AlGaN薄膜的外延生长与物性研究1.采用金属有机物化学气相外延(MOCVD)法,在非故意掺杂AlGaN薄膜生长的基础上,通过均匀Mg掺杂方法生长了 AlxGa1-xN:Mg(0.23≤x≤0.57)薄膜。结合二次离子质谱(SIMS)和透射电子显微镜(TEM)测试表明,H有利于提高Mg的掺入量;在Cp2Mg流量大时,由于Mg固溶度的限制,薄膜中形成Mg团簇,引起反向畴结构,继而转为N极性薄膜生长。一方面降低了后续Mg的掺入量,另一方面因未形成Mg-H络合物,使H浓度降低;并且,随着Cp2Mg流量的增大,反向畴形成的初始位置向着AlGaN/HT-AlN界面移动。2.霍尔(Hall)实验测量表明,Mg掺杂浓度为～1020cm-3的AlxGa11-xN(x=0.23,0.35和0.57)样品实现了霍尔激活导通;室温下,p型载流子浓度从1018cm-3(x=0.23)降至1016cm-3(x=0.57)。由空穴浓度随温度的依赖关系可知,Al0.23Ga0.77N:Mg和Al0.35Ga0.65N:Mg薄膜中的Mg受主激活能大小分别为172meV和242meV,这是由于受主库仑势交迭和高浓度自由载流子引起的库仑势屏蔽,导致受主激活能降低;当进一步提高Cp2Mg流量,AlGaN薄膜转为N极生长模式,由于薄膜质量差,反向畴和本征缺陷(VN3+)增多,使自补偿度增大,导致电阻率迅速增大。3.采用阴极荧光光谱(CL)研究发现,AlxGa1-xN:Mg(x=0.23,0.35和0.57)薄膜的带边发光淬灭,存在两种施主-受主对(DAP)的复合发光,分别是浅施主(O)与深受主(VⅢ complex)1-对,以及施主(VN3+)与中性Mg受主所束缚的电子与空穴的复合跃迁,从而导致自补偿度增大,这是造成空穴浓度和迁移率降低的主要原因。(叁)反向畴的第一性原理研究1.采用第一性原理计算比较了GaN和AlN中反向畴结构及其对应的未反转结构的稳定性。结果表明,在GaN中,Mg团簇容易引起反转结构;在AlN中,锥体反向畴基底(0001)面的Mg原子层容易引起反转结构;在GaN和AlN中,都容易形成IDB*反向畴结构。在此基础上,讨论了 Al原子占位对反向畴稳定性的影响。2.采用第一性原理计算得到反向畴结构的能带结构,并通过计算导带底和价带顶能带所对应的电子波函数图像和电子轨道态密度,揭示导带底和价带顶能带电子态的根源。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
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