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利用表面光伏谱研究氮化镓薄膜的光电行为

作　者: 周紫光
导　师: 刘爱民
学　校: 大连理工大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 表面光伏 GaN薄膜光生电荷
分类号: TN304.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

氮化镓(GaN)是一种直接带隙的半导体材料,室温禁带宽度为3.39eV,是一种很有前途的短波长光电子材料。因其具有耐高温、耐腐蚀、电子漂移饱和速率大、热导性好等特点,使GaN被广泛应用于半导体发光二极管(LED),半导体激光二极管(LD)等光电器件及高温、高频和大功率电子器件。近来研究发现,GaN基材料具有制作高性能高效率的多结太阳能电池的潜力,其理论效率可达86.8%,这势必将在全世界掀起一股对GaN新的研究热潮。所以,无论从理论研究还是实际应用来看,从根本上认识其表面和界面的电子结构和光电行为是非常必要的。表面光伏谱是一种通过对材料表面光伏的改变进行分析的光谱检测技术,它可以得到光电材料的禁带宽度、导电类型、表面态能级和少数载流子扩散长度等方面的信息。表面光伏技术具有非破坏性、快速和高灵敏度等方面的优点,而且它可以在一个合适的温度范围内,对任何环境下的任何半导体材料进行测量分析。因此,表面光伏技术在表征半导体材料的光电行为方面具有不可替代的优势。本论文搭建了一套基于Kelvin探针的表面光伏测试系统,并将其成功的应用于GaN薄膜的光电性质研究中。测试并分析了用电子回旋共振—等离子体增强金属有机物化学气相沉积(ECR-PEMOCVD)装置生长在蓝宝石衬底和氧化铟锡透明导电膜玻璃衬底上的GaN薄膜的表面与界面的光生电荷转移行为,对比了两种薄膜在Kelvin探针法及接触式方法中光伏测量结果的异同,并在实验上探索使用Kelvin探针对GaN薄膜进行表面功函数和随时间变化的光伏测量。结果表明不同的衬底上,生长出的薄膜的晶体结构及物理光学性质有着很大差异,这对材料表面及界面光生电荷的产生、传输及复合均有很大影响。这一结果为GaN材料的进一步研究与应用提供了实验依据,为设计高性能光电器件提供了理论参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-19
  1.1 GaN材料的介绍  8-16
    1.1.1 引言  8
    1.1.2 GaN材料的研究历史与现状  8-10
    1.1.3 GaN材料的特性  10-13
    1.1.4 GaN基器件的广泛应用前景  13-16
  1.2 光生电荷性质的研究方法  16-17
    1.2.1 光谱电化学法  16
    1.2.2 光电导(光电流)方法  16-17
    1.2.3 表面光伏技术  17
  1.3 课题的提出及意义  17-19
2 表面光伏的原理及实验设备的搭建  19-36
  2.1 基本原理  19-31
    2.1.1 表面的能带结构  19-20
    2.1.2 表面光伏效应  20-22
    2.1.3 Dember光伏与扩散光伏  22-24
    2.1.4 光伏与入射光强的关系  24-26
    2.1.5 在界面研究中的应用  26-27
    2.1.6 实验方法  27-31
  2.2 实验设备的建立  31-36
    2.2.1 Kelvin探针  32-33
    2.2.2 单色仪  33-35
    2.2.3 光源  35-36
3 本实验所用到的其它测量分析方法  36-42
  3.1 X射线衍射  36-37
  3.2 原子力显微镜  37-39
  3.3 透射-吸收谱  39
  3.4 光致发光谱  39-42
4 实验结果与分析  42-58
  4.1 GaN/α-Al_2O_3薄膜的测量与分析  42-51
    4.1.1 GaN/α-Al_2O_3薄膜的XRD及PL谱  43-44
    4.1.2 AFM及表面功函数分析  44-45
    4.1.3 通过接触式方法测量表面光伏  45-49
    4.1.4 通过Kelvin探针法测量表面光伏  49-50
    4.1.5 随时间变化的光伏分析  50-51
  4.2 GaN/ITO薄膜的测量与分析  51-58
    4.2.1 GaN/ITO薄膜的XRD及紫外-可见透射谱  52-53
    4.2.2 AFM及表面功函数分析  53-54
    4.2.3 通过接触式方法测量表面光伏  54-56
    4.2.4 通过Kelvin探针法测量表面光伏  56-57
    4.2.5 随时间变化的光伏分析  57-58
结论  58-59
参考文献  59-65
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  65-66
致谢  66-67

利用表面光伏谱研究氮化镓薄膜的光电行为

内容摘要

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