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InN的光致发光特性研究

王健 谢自力 张荣 张韵 刘斌 陈鹏 韩平

InN的光致发光特性研究

王健, 谢自力, 张荣, 张韵, 刘斌, 陈鹏, 韩平
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  • 研究了利用金属有机化学气相淀积生长的氮化铟薄膜的光致发光特性. 由于氮化铟本身具有很高的背景载流子浓度, 费米能级在导带之上, 通过能带关系图以及相关公式拟合光致发光图谱可以得到生长的氮化铟的带隙为0.67 eV, 并且可以计算出相应的载流子浓度为n=5.4×1018 cm-3, 从而找到了一种联系光致发光谱与载流子浓度两者的方法. 另外通过测量变温条件下氮化铟的发光特性, 研究了发光峰位以及发光强度随温度的变化关系, 发现光致发光强度随温度的升高逐渐降低, 发光峰位随温度的升高只是红移, 并没有出现"S"形的非单调变化, 这种差异可能是由于光致发光谱的半高宽过高导致, 同时也可能与载流子浓度以及内建电场强度有关.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(2011CB301900, 2012CB619304), 国家高技术研究发展计划(2011AA03A103), 国家自然科学基金(60990311, 60820106003, 60906025, 60936004, 61176063), 江苏省自然科学基金(BK2008019, BK2011010, BK2010385, BK2009255, BK2010178)和南京大学扬州光电研究院研发基金资助的课题.
    [1]

    Davydov V Yu, Klochikhin A A, Seisyan R P, Emtsev V V, Ivanov S V, Bechstedt F, Furthmller J, Harima H, Mudryi A V, Aderhold J, Semchinova O, Graul J 2002 Phys. Status Solidi (b) 229 R1

    [2]

    Wu J, Walukiewicz W, Yu K M, Ager III J W, Haller E E, Lu H, Schaff W J, Yoshiki Saito Yasushi Nanishi 2002 Appl. Phys. Lett. 80 3967

    [3]

    Foutz B E, OpLeary S K, Shur M S, Eastman L F 1999 J. Appl. Phys. 85 7727

    [4]

    Bockowski M 1999 Phys. B 265 1

    [5]

    Higashiwaki M, Matsui T 2002 Jpn. J. Appl. Phys. 41 L540

    [6]

    Wang X Q, Liu S T, Ma N, Feng L, Chen G, Xu F J, Tang N 2012 Appl. Phys. Express 5 015502

    [7]

    Miller N, Ager III J W, Smith III H M, Mayer M A, Yu K M, Haller E E, Walukiewicz W, Schaff W J, Gallinat C, Koblmller G, Speck J S 2010 J. Appl. Phys. 107 103712

    [8]

    Masataka Higashiwaki, Toshiaki Matsui 2004 Journal of Crystal Growth 269 162

    [9]

    Davydov V Yu, Klochikhin A A, Emtsev V V, Kurdyukov D A, Ivanov S V, Vekshin V A, Bechstedt F Furthmller J, Aderhold J, Graul J, Mudryi A V, Harima H, Hashimoto A, Yamamoto A, Haller E E 2002 Phys. Stat. Sol. (b) 234 787

    [10]

    Bhuiyan A G, Hashimoto A, Yamamoto A 2003 J. Appl. Phys. 94 2779

    [11]

    Kuokstis E, Sun W H, Shatalov M, Yang J W, Asif Khan M 2006 Appl. Phys. Lett. 88 261905

    [12]

    Bell A, Srinivasan S, Plumlee C, Omiya H, Ponce F A, Christen J, Tanaka S, Fujioka A, Nakagawa Y 2004 J. Appl. Phys. 95 4670

    [13]

    Zhang Z, Zhang R, Xie Z L, Liu B, Xiu X Q, Li Y, Fu D Y Lu H, Chen P, Han P, Zheng Y D, Tang C G, Chen Y H, Wang Z G 2009 Acta Phys. Sin. 58 3416 (in Chinese) [张曾, 张荣, 谢自力, 刘斌, 修向前, 李弋, 傅德颐, 陆海, 陈鹏, 韩平, 郑有炓, 汤晨光, 陈涌海, 王占国 2009 物理学报 58 3416]

    [14]

    Wu J, Walukiewicz W Shan W, Yu K M, Ager III J W, Li S X, Haller E E, Lu H, Schaff W J 2003 J. Appl. Phys. 94 4457

    [15]

    Wu P F 2007 M. S. Dissertation (Taibei: Chung Yuan Christian University) (in Chinese) [吴佩芳 2007 硕士学位论文 (台湾: 中原大学)]

    [16]

    Li Q, Xu S J, Xie M H, Tong S Y 2005 J. Phys.: Condens. Matter 17 4853

  • [1]

    Davydov V Yu, Klochikhin A A, Seisyan R P, Emtsev V V, Ivanov S V, Bechstedt F, Furthmller J, Harima H, Mudryi A V, Aderhold J, Semchinova O, Graul J 2002 Phys. Status Solidi (b) 229 R1

    [2]

    Wu J, Walukiewicz W, Yu K M, Ager III J W, Haller E E, Lu H, Schaff W J, Yoshiki Saito Yasushi Nanishi 2002 Appl. Phys. Lett. 80 3967

    [3]

    Foutz B E, OpLeary S K, Shur M S, Eastman L F 1999 J. Appl. Phys. 85 7727

    [4]

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    [5]

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    [6]

    Wang X Q, Liu S T, Ma N, Feng L, Chen G, Xu F J, Tang N 2012 Appl. Phys. Express 5 015502

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    Miller N, Ager III J W, Smith III H M, Mayer M A, Yu K M, Haller E E, Walukiewicz W, Schaff W J, Gallinat C, Koblmller G, Speck J S 2010 J. Appl. Phys. 107 103712

    [8]

    Masataka Higashiwaki, Toshiaki Matsui 2004 Journal of Crystal Growth 269 162

    [9]

    Davydov V Yu, Klochikhin A A, Emtsev V V, Kurdyukov D A, Ivanov S V, Vekshin V A, Bechstedt F Furthmller J, Aderhold J, Graul J, Mudryi A V, Harima H, Hashimoto A, Yamamoto A, Haller E E 2002 Phys. Stat. Sol. (b) 234 787

    [10]

    Bhuiyan A G, Hashimoto A, Yamamoto A 2003 J. Appl. Phys. 94 2779

    [11]

    Kuokstis E, Sun W H, Shatalov M, Yang J W, Asif Khan M 2006 Appl. Phys. Lett. 88 261905

    [12]

    Bell A, Srinivasan S, Plumlee C, Omiya H, Ponce F A, Christen J, Tanaka S, Fujioka A, Nakagawa Y 2004 J. Appl. Phys. 95 4670

    [13]

    Zhang Z, Zhang R, Xie Z L, Liu B, Xiu X Q, Li Y, Fu D Y Lu H, Chen P, Han P, Zheng Y D, Tang C G, Chen Y H, Wang Z G 2009 Acta Phys. Sin. 58 3416 (in Chinese) [张曾, 张荣, 谢自力, 刘斌, 修向前, 李弋, 傅德颐, 陆海, 陈鹏, 韩平, 郑有炓, 汤晨光, 陈涌海, 王占国 2009 物理学报 58 3416]

    [14]

    Wu J, Walukiewicz W Shan W, Yu K M, Ager III J W, Li S X, Haller E E, Lu H, Schaff W J 2003 J. Appl. Phys. 94 4457

    [15]

    Wu P F 2007 M. S. Dissertation (Taibei: Chung Yuan Christian University) (in Chinese) [吴佩芳 2007 硕士学位论文 (台湾: 中原大学)]

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  • [1] 丁少锋, 范广涵, 李述体, 肖 冰. 氮化铟p型掺杂的第一性原理研究. 物理学报, 2007, 56(7): 4062-4067. doi: 10.7498/aps.56.4062
    [2] 于 威, 李亚超, 丁文革, 张江勇, 杨彦斌, 傅广生. 氮化硅薄膜中纳米非晶硅颗粒的键合结构及光致发光. 物理学报, 2008, 57(6): 3661-3665. doi: 10.7498/aps.57.3661
    [3] 程赛, 吕惠民, 石振海, 崔静雅. 碳泡沫衬底上氮化铝纳米线的生长及其光致发光特性研究. 物理学报, 2012, 61(12): 126201. doi: 10.7498/aps.61.126201
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    [13] 齐佳红, 胡建民, 盛延辉, 吴宜勇, 徐建文, 王月媛, 杨晓明, 张子锐, 周扬. 电子辐照下GaAs/Ge太阳电池载流子输运机理研究. 物理学报, 2015, 64(10): 108802. doi: 10.7498/aps.64.108802
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    [20] 缪竞威, 王培禄, 袁学东, 王 虎, 杨朝文, 师勉恭, 缪 蕾, 张 静, 朱洲森, 孙威立, 廖雪花. 氮团簇离子注入单晶硅的光致发光谱研究. 物理学报, 2008, 57(4): 2174-2178. doi: 10.7498/aps.57.2174
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-08-29
  • 修回日期:  2013-01-28
  • 刊出日期:  2013-06-05

InN的光致发光特性研究

  • 1. 南京大学电子科学与工程学院, 江苏省光电信息功能材料重点实验室, 南京 210093
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(2011CB301900, 2012CB619304), 国家高技术研究发展计划(2011AA03A103), 国家自然科学基金(60990311, 60820106003, 60906025, 60936004, 61176063), 江苏省自然科学基金(BK2008019, BK2011010, BK2010385, BK2009255, BK2010178)和南京大学扬州光电研究院研发基金资助的课题.

摘要: 研究了利用金属有机化学气相淀积生长的氮化铟薄膜的光致发光特性. 由于氮化铟本身具有很高的背景载流子浓度, 费米能级在导带之上, 通过能带关系图以及相关公式拟合光致发光图谱可以得到生长的氮化铟的带隙为0.67 eV, 并且可以计算出相应的载流子浓度为n=5.4×1018 cm-3, 从而找到了一种联系光致发光谱与载流子浓度两者的方法. 另外通过测量变温条件下氮化铟的发光特性, 研究了发光峰位以及发光强度随温度的变化关系, 发现光致发光强度随温度的升高逐渐降低, 发光峰位随温度的升高只是红移, 并没有出现"S"形的非单调变化, 这种差异可能是由于光致发光谱的半高宽过高导致, 同时也可能与载流子浓度以及内建电场强度有关.

English Abstract

参考文献 (16)

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