砷化镓广延缺陷周围载流子的扩散与复合开题报告

 2020-02-20 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

近年来,砷化镓作为一种基本的化合物半导体材料,具有高电子迁移率的直接带隙,广泛用于制作各种类型电子器件和光电子器件,砷化镓在理想状态下具有完美的闪锌矿型晶体结构,但实际上晶体中存在杂质和各种类型的缺陷,这些杂质与缺陷从不同程度上破坏了晶体内部结构的完整性,影响材料的物理性质,从而影响器件的性能。比如晶格中存在着广延缺陷,广延缺陷是对结构完整性的永久偏离,即对实际晶体原子的正确部位的永久性偏离,晶格中的广延缺陷会在禁带中引入缺陷能级,在光激发或电注入的条件下,这些局域态会俘获载流子并给它们提供耗散途径,这样一方面增强了非辐射复合,降低了载流子寿命,另一方面增加了漏电流而加大了器件的噪声。按照复合时释放能量的方式不同,复合可分为辐射复合和非辐射复合。电子和空穴复合时应释放一定的能量,如果能量以光子的形式放出,这种复合称为辐射复合,以除光子辐射之外的其他方式释放能量的复合称为非辐射复合。非辐射复合中主要有多声子复合和俄歇复合。因此,对于用该材料制作的器件应用而言,检测半导体材料的广延缺陷(如位错)并研究缺陷对材料特性的影响与载流子的扩散和复合显得十分重要。

光致发光(pl)、电致发光(el)等是研究半导体缺陷的重要手段,共焦光致发光显微技术常被用于研究半导体材料广延缺陷及其周围载流子的运动,可以基于光信号强度的变化来研究广延缺陷(如位错)周围载流子的输运及复合,而光致发光的强度分布与少数载流子扩散长度成一一对应关系,所以也可以通过分析光信号强度分布测定半导体材料中自由载流子扩散长度。晶格振动的拉曼谱线形状对晶体的结晶度十分敏感, 人们常采用拉曼散射光谱技术研究gaas晶体中的晶格损伤,晶体的缺陷态密度在拉曼光谱上体现为gaas声子模式的谱线展宽。通过测试广延缺陷的拉曼光谱, 采用恒定激光功率激发在同一样品中观察到等离子体-lo声子耦合效应,根据等离子体-lo声子耦合模高频支的峰值频率计算得到缺陷周围载流子浓度的空间分布,在不同功率下对缺陷进行光致发光光谱成像,由这个通过数据拟合可以得到扩散长度 。

目前,国内外很多学者利用光致发光、电致发光、拉曼散射等这些方法研究了各种半导体材料的特性,但研究半导体材料中的缺陷以及载流子特性永无止境,总是需要在新的实验研究中获得新的发现。

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2. 研究的基本内容与方案

1. 基本内容和目标

熟悉并理解光致发光和拉曼散射的原理及基本理论知识,学习并掌握显微拉曼光谱系统的结构及操作方法,将gainp/gaas/gainp双异质结样品进行检测,利用空间分辨光致发光光谱成像检测样品中广延缺陷的位置,再对样品进行拉曼光谱测量,观察不同条件下的lo声子—等离子体激元耦合模高频支的变化并分析原因,根据等离子体-lo声子耦合模高频支的峰值频率计算得到缺陷周围载流子浓度的空间分布,通过观察拉曼光谱以及等离子体激元的频率计算出载流子浓度,在不同功率下对缺陷进行光致发光光谱成像,由这个通过数据拟合可以得到不同功率下的载流子扩散长度 。

2. 拟采取的技术方案及措施

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,熟悉光致发光和拉曼散射的基本理论知识。确定设计方案,完成开题报告。

第4-5周:采用光致发光(pl)实时光谱成像快速检测gainp/gaas/gainp双异质结样品中孤立的广延缺陷。

第6-9周:基于广延缺陷的空间分辨光致发光光谱成像行为探讨了砷化中载流子的扩散特性。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]吕恒,胡昌奎.砷化镓中广延缺陷的光致发光研究[j].人工晶体学报,2018,47(08):1529-1534.

[2]宋晓伟,李梅,高欣,李军.gaalas/gaas量子阱结构的光致发光研究[j].发光学报,1999(03):274-277.

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