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GaN厚膜中的质子辐照诱生缺陷研究

张明兰 杨瑞霞 李卓昕 曹兴忠 王宝义 王晓晖

GaN厚膜中的质子辐照诱生缺陷研究

张明兰, 杨瑞霞, 李卓昕, 曹兴忠, 王宝义, 王晓晖
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  • 本文采用正电子湮没谱研究质子辐照诱生缺陷, 实验发现: 能量为5 MeV的质子辐照在GaN厚膜中主要产生的是Ga单空位, 没有双空位或者空位团形成; 在10 K测试的低温光致发光谱中, 带边峰出现了"蓝移", 辐照后黄光带的发光强度减弱, 说明黄光带的起源与Ga空位(VGa)之间不存在必然的联系, 各激子发光峰位置没有改变, 仅强度随质子注量发生变化; 样品(0002)面双晶XRD扫描曲线的半峰宽在辐照后明显增大, 说明质子辐照对晶格的周期性产生了影响, 薄膜晶体质量下降.
    • 基金项目: 高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20111317120005)、河北省高等学校科学技术研究重点项目(批准号: ZD2010124)和国家自然科学基金(批准号: 61076004)资助的课题.
    [1]

    Kim Nam Hyeong 2009 Ph. D. Dissertation (Ohio: Ohio State University)

    [2]

    Kuriyama K, Ooi M, Onoue A, Kushida K, okada M, Xu Q 2006 Appl. Phys. Lett. 88 132109

    [3]

    Polyakov Y, Lee In-Hwan, Smirnov N B, Govorkov A V, Kozhukhova E A, Kolin N G, Korulin A V, Boiko V M, Pearton S J 2011 J. Appl. Phys. 109 123703

    [4]

    Zhang M L, Wang X L, Xiao H L, Wang C M, Ran J X, Tang J, Hu G X 2008 Chin. Phys. Lett. 25 1045

    [5]

    Wang S J, Chen Z Q, Wang B, Wu Y C, Fang P F, Zhang Y X 2008 Applied Positron Spectroscopy (Hubei: Science and Technology Press) p33 (in Chinese) [王少阶, 陈志权, 王波, 吴亦初, 方鹏飞, 张永学 2008 应用正电子谱学(湖北: 湖北科学技术出版社)第33页]

    [6]

    Hautakangas S, Makkonen I, Ranki V, Puska M J, Saarinen K, Xu X, Look D C 2006 Phys. Rev. B 73 193301

    [7]

    Hautojarvi P 1995 Materials Science Forum 175-178 47

    [8]

    Oila J, Kivioja J, Ranki V, Saarinen K, Look D C, Molnar R J, Park S S, Lee S K, Han J Y 2003 Appl. Phys. Lett. 82 3433

    [9]

    Wang R X, Xu S J, Fung S, Beling C D, Wang K, Li S, Wei Z F, Zhou T J, Zhang J D, Huang Ying, Gong M 2005 Appl. Phys. Lett. 87 031906

    [10]

    Saarinen K, Laine T, Kuisma S, Nissilä J, Hautojärvi P, Dobrzynski L, Baranowski J M, Pakula K, Stepniewski R, Wojdak M, Wysmolek A, Suski T, Leszczynski M, Grzegory I, and Porowski S 1997 Phys. Rev. Lett. 79 3030

    [11]

    Armitage R, Hong William, Yang Qing, Feick H, Gebauer J, Weber E R, Hautakangas S, Saarinen K 2003 Appl. Phys. Lett. 82 3457

    [12]

    Ogino T, Aoki M 1980 Jpn. J. Appl. Phys. 19 2395

    [13]

    Lyons J L, Janotti A, Van de Walle C G 2010 Appl. Phys. Lett. 97 152108

    [14]

    Paskova T, Arnaudov B, Paskov P P, Goldys E M, Hautakangas S, Saarinen K, Södervall U, Monemar B 2005 J. Appl. Phys. 98 033508

  • [1]

    Kim Nam Hyeong 2009 Ph. D. Dissertation (Ohio: Ohio State University)

    [2]

    Kuriyama K, Ooi M, Onoue A, Kushida K, okada M, Xu Q 2006 Appl. Phys. Lett. 88 132109

    [3]

    Polyakov Y, Lee In-Hwan, Smirnov N B, Govorkov A V, Kozhukhova E A, Kolin N G, Korulin A V, Boiko V M, Pearton S J 2011 J. Appl. Phys. 109 123703

    [4]

    Zhang M L, Wang X L, Xiao H L, Wang C M, Ran J X, Tang J, Hu G X 2008 Chin. Phys. Lett. 25 1045

    [5]

    Wang S J, Chen Z Q, Wang B, Wu Y C, Fang P F, Zhang Y X 2008 Applied Positron Spectroscopy (Hubei: Science and Technology Press) p33 (in Chinese) [王少阶, 陈志权, 王波, 吴亦初, 方鹏飞, 张永学 2008 应用正电子谱学(湖北: 湖北科学技术出版社)第33页]

    [6]

    Hautakangas S, Makkonen I, Ranki V, Puska M J, Saarinen K, Xu X, Look D C 2006 Phys. Rev. B 73 193301

    [7]

    Hautojarvi P 1995 Materials Science Forum 175-178 47

    [8]

    Oila J, Kivioja J, Ranki V, Saarinen K, Look D C, Molnar R J, Park S S, Lee S K, Han J Y 2003 Appl. Phys. Lett. 82 3433

    [9]

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    [10]

    Saarinen K, Laine T, Kuisma S, Nissilä J, Hautojärvi P, Dobrzynski L, Baranowski J M, Pakula K, Stepniewski R, Wojdak M, Wysmolek A, Suski T, Leszczynski M, Grzegory I, and Porowski S 1997 Phys. Rev. Lett. 79 3030

    [11]

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    [12]

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    [13]

    Lyons J L, Janotti A, Van de Walle C G 2010 Appl. Phys. Lett. 97 152108

    [14]

    Paskova T, Arnaudov B, Paskov P P, Goldys E M, Hautakangas S, Saarinen K, Södervall U, Monemar B 2005 J. Appl. Phys. 98 033508

  • [1] 金豫浙, 胡益培, 曾祥华, 杨义军. GaN基多量子阱蓝光LED的γ辐照效应. 物理学报, 2010, 59(2): 1258-1262. doi: 10.7498/aps.59.1258
    [2] 许晟瑞, 张进城, 李志明, 周小伟, 许志豪, 赵广才, 朱庆伟, 张金凤, 毛维, 郝跃. 金属有机物化学气相沉积生长的a(1120)面GaN三角坑缺陷的消除研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5705-5708. doi: 10.7498/aps.58.5705
    [3] 周凯, 李辉, 王柱. 正电子湮没谱和光致发光谱研究掺锌GaSb质子辐照缺陷. 物理学报, 2010, 59(7): 5116-5121. doi: 10.7498/aps.59.5116
    [4] 王祖军, 唐本奇, 肖志刚, 刘敏波, 黄绍艳, 张勇. 质子辐照电荷耦合器件诱导电荷转移效率退化的实验分析. 物理学报, 2010, 59(6): 4136-4142. doi: 10.7498/aps.59.4136
    [5] 王鑫华, 庞磊, 陈晓娟, 袁婷婷, 罗卫军, 郑英奎, 魏珂, 刘新宇. GaN HEMT栅边缘电容用于缺陷的研究. 物理学报, 2011, 60(9): 097101. doi: 10.7498/aps.60.097101
    [6] 杨义斌, 龚宇, 刘才林, 罗阳明, 陈平. 缺陷态对Y掺杂BaZrO3的质子导电性的影响. 物理学报, 2016, 65(6): 066701. doi: 10.7498/aps.65.066701
    [7] 谷文萍, 张林, 李清华, 邱彦章, 郝跃, 全思, 刘盼枝. 中子辐照对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件电特性的影响. 物理学报, 2014, 63(4): 047202. doi: 10.7498/aps.63.047202
    [8] 李香草, 巨新, 刘宝安, 李猛, 闫春燕, 刘畅, 任杰. 用光致发光研究不同通量辐照KDP晶体的缺陷. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20200482
    [9] 蒙 康, 姜森林, 侯利娜, 李 蝉, 王 坤, 丁志博, 姚淑德. Mg+注入对GaN晶体辐射损伤的研究. 物理学报, 2006, 55(5): 2476-2481. doi: 10.7498/aps.55.2476
    [10] 徐叙瑢, 宋淑芳, 陈维德, 许振嘉. 掺Er/Pr的GaN薄膜深能级的研究. 物理学报, 2006, 55(3): 1407-1412. doi: 10.7498/aps.55.1407
    [11] 乔建良, 常本康, 钱芸生, 王晓晖, 李飙, 徐源. GaN真空面电子源光电发射机理研究. 物理学报, 2011, 60(12): 127901. doi: 10.7498/aps.60.127901
    [12] 赵德刚, 周 梅. p-GaN层厚度对GaN基p-i-n结构紫外探测器性能的影响. 物理学报, 2008, 57(7): 4570-4574. doi: 10.7498/aps.57.4570
    [13] 万 威, 唐春艳, 王玉梅, 李方华. GaN晶体中堆垛层错的高分辨电子显微像研究. 物理学报, 2005, 54(9): 4273-4278. doi: 10.7498/aps.54.4273
    [14] 秦 琦, 于乃森, 郭丽伟, 汪 洋, 朱学亮, 陈 弘, 周均铭. 使用SiNx原位淀积方法生长的GaN外延膜中的应力研究. 物理学报, 2005, 54(11): 5450-5454. doi: 10.7498/aps.54.5450
    [15] 徐叙瑢, 宋淑芳, 陈维德, 许振嘉. 掺Er/Er+O的GaN薄膜光学性质的研究. 物理学报, 2007, 56(3): 1621-1626. doi: 10.7498/aps.56.1621
    [16] 郭亮良, 冯 倩, 马香柏, 郝 跃, 刘 杰. GaN FP-HEMTs中击穿电压与电流崩塌的关系. 物理学报, 2007, 56(5): 2900-2904. doi: 10.7498/aps.56.2900
    [17] 邢怀中, 申 晔, 俞建国, 吕 斌, 茅惠兵, 王基庆. 极化诱导的内建电场对Mn δ掺杂的GaN/AlGaN量子阱居里温度的调制. 物理学报, 2007, 56(6): 3453-3457. doi: 10.7498/aps.56.3453
    [18] 吕 玲, 龚 欣, 郝 跃. 感应耦合等离子体刻蚀p-GaN的表面特性. 物理学报, 2008, 57(2): 1128-1132. doi: 10.7498/aps.57.1128
    [19] 赵德刚, 周 梅, 常清英. 一种减小GaN基肖特基结构紫外探测器暗电流的方法. 物理学报, 2008, 57(4): 2548-2553. doi: 10.7498/aps.57.2548
    [20] 赵德刚, 周 梅, 左淑华. 一种新型GaN基肖特基结构紫外探测器. 物理学报, 2007, 56(9): 5513-5517. doi: 10.7498/aps.56.5513
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-12-17
  • 修回日期:  2013-01-25
  • 刊出日期:  2013-06-05

GaN厚膜中的质子辐照诱生缺陷研究

  • 1. 河北工业大学信息工程学院, 天津 300401;
  • 2. 中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室, 北京 100083;
  • 3. 中国科学院高能物理研究所核分析技术重点实验室, 北京 100049
    基金项目: 

    高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20111317120005)、河北省高等学校科学技术研究重点项目(批准号: ZD2010124)和国家自然科学基金(批准号: 61076004)资助的课题.

摘要: 本文采用正电子湮没谱研究质子辐照诱生缺陷, 实验发现: 能量为5 MeV的质子辐照在GaN厚膜中主要产生的是Ga单空位, 没有双空位或者空位团形成; 在10 K测试的低温光致发光谱中, 带边峰出现了"蓝移", 辐照后黄光带的发光强度减弱, 说明黄光带的起源与Ga空位(VGa)之间不存在必然的联系, 各激子发光峰位置没有改变, 仅强度随质子注量发生变化; 样品(0002)面双晶XRD扫描曲线的半峰宽在辐照后明显增大, 说明质子辐照对晶格的周期性产生了影响, 薄膜晶体质量下降.

English Abstract

参考文献 (14)

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