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重离子辐照引起AlGaN薄膜光学性质变化的研究

作　者: 李晨星
导　师: 王铁山
学　校: 兰州大学
专　业: 核能与核技术工程
关键词: 铝镓氮重离子辐照透射光谱光学常数 Raman光谱光致发光谱
分类号: TN304
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

AlGaN是一种重要的宽带隙半导体材料,具有优异的材料性能。基于AlGaN的高频、高压、大功率器件在航天、核能、通信等领域有很大的需求。由于器件工作于辐照环境下,以及离子束注入、辐照改性在器件制造中的重要地位,开展AlGaN材料辐照效应的研究意义重大。而对于光电器件,材料光学性质对辐照的响应尤为重要。本工作使用能量为4MeV的Kr离子辐照AlGaN/A1N薄膜,离子注量范围为1×1011～5×1014ions/cm2。通过透射光谱、拉曼光谱和光致发光谱测试,对由辐照引起的样品光学性质的变化进行了研究。测试得到了原生样品和辐照样品的紫外可见近红外透射光谱。采用包络线法(the envelope method)和逐点约束最小化算法(PUMA)两种方法处理透射光谱得到了AlGaN/AlN薄膜的折射率、消光系数、吸收系数等光学常数。对吸收系数曲线利用Lucovsky模型分析了辐照在AlGaN禁带中引入的缺陷能级。通过Tauc关系得到了各注量样品的光学带隙。分析了折射率、消光系数、光学带隙随辐照离子注量的变化机理。通过微区Raman光谱分析了样品的组分、辐照引入的缺陷等信息。住高注量样品的Raman光谱中出现了空位、间隙原子相关的局域振动模式,并且出现了无序激活Raman散射模式,由于无序激活Raman散射引起了A1(LO)模式的红移。光致发光谱表明辐照在样品中引入了深能级缺陷,与这些缺陷相关的非辐射复合使得黄光发射峰强度降低。通过本论文的研究,获得了AlGaN/A1N外延薄膜材料晶体结构、光学性质等对于MeV重离子辐照随离子注量的变化规律。本文的研究方法和结论对于工作在辐照环境下的A1GaN/A1N基光电器件的可靠性研究以及AlGaN/A1N外延薄膜材料光学常数随离子注量变化的机理研究有参考作用。

全文目录

中文摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-17
  1.1 氮化镓基材料特性及应用  7-13
    1.1.1 氮化镓基材料的特性  7-10
    1.1.2 氮化镓基材料的应用  10-13
  1.2 氮化镓基材料辐照效应研究背景  13-16
    1.2.1 辐照环境  13-14
    1.2.2 离子与固体物质相互作用  14-15
    1.2.3 AlGaN材料及器件辐照效应相关研究  15-16
  1.3 本论文的主要内容  16-17
第二章材料样品介绍及重离子辐照实验  17-23
  2.1 Al_(0.20)Ga_(0.80)N/AlN/sapphire样品简介及结构分析  17-21
    2.1.1 样品简介  17-18
    2.1.2 卢瑟福背散射(RBS)验证材料组分  18-21
  2.2 辐照实验简介  21-23
    2.2.1 实验平台简介  21-22
    2.2.2 实验条件及离子注量选取  22-23
第三章材料性能表征  23-53
  3.1 紫外可见近红外(UV-Vis-NIR)透射光谱测试  23-42
    3.1.1 紫外可见近红外分光光度计  23-24
    3.1.2 透射光谱的理论模型及处理方法  24-32
    3.1.3 Al_(0.20)Ga_(0.80)N/AlN光学常数及其随辐照离子注量的变化  32-42
  3.2 Raman光谱测试及结果分析  42-49
    3.2.1 Raman测试仪器及原理  42-44
    3.2.2 纤锌矿型晶格的声子模式  44-46
    3.2.3 Raman光谱测试结果及讨论  46-49
  3.3 光致发光谱分析  49-53
    3.3.1 光致发光谱的测量及原理  49-51
    3.3.2 AlGaN光致发光谱的结果与讨论  51-53
第四章总结与展望  53-55
  4.1 总结  53
  4.2 展望  53-55
参考文献  55-60
在学期间研究成果  60-61
致谢  61

重离子辐照引起AlGaN薄膜光学性质变化的研究

内容摘要

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