GaN-Er及相關(guān)材料光學性質(zhì)和結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、稀土離子摻雜的GaN材料在光學、電學、磁學方面均有優(yōu)異的特性，成為目前的研究熱點。在所有的稀土離子中，稀土Er離子除了可以在紅外波段發(fā)出1540nm的光，該波長對應于光纖通訊中光損失的最小波段，在綠光波段也存在發(fā)光，商業(yè)應用價值較高，因而稀土Er摻雜的GaN研究最受關(guān)注。本文采用離子注入方法制備了一系列Er、Pr、Tm稀土離子注入的GaN薄膜，并研究了稀土離子注入后GaN薄膜的光學性質(zhì)以及結(jié)構(gòu)性質(zhì)。主要內(nèi)容如下:
　　一、采用離子

2、注入的方法，制備了一系列不同Er離子劑量的GaN薄膜材料，并在不同氣氛、溫度下進行了退火處理。研究了退火溫度和退火氣氛對GaN∶ Er薄膜發(fā)光性能的影響，并獲得了最為優(yōu)化的離子注入及退火條件。深入研究了GaN∶ Er陰極熒光中的發(fā)光猝滅現(xiàn)象:當Er離子的注入劑量達到1×1015at/cm2時，Er離子發(fā)光強度最高;當Er離子注入劑量增加到5×1015at/cm2時，將出現(xiàn)發(fā)光猝滅現(xiàn)象。
　　二、研究了GaN以及GaN∶Er薄膜材料

3、不同溫度以及不同加速電壓下的光學性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn):在帶邊峰附近，DAP與D0X兩種模式之間存在競爭機制，當加速電壓增加，DAP發(fā)光峰發(fā)生藍移。深入分析了溫度變化對GaN∶ Er薄膜發(fā)光性能的影響，通過計算得出GaN∶Er薄膜中自由激子的束縛能為32meV;當溫度低于182K時，2H11/2能級尚未被熱活化，不出現(xiàn)538nm的發(fā)光峰，但是能觀察到明顯的黃帶發(fā)光;當溫度繼續(xù)升高，黃帶逐漸消失，并發(fā)現(xiàn)2H11/2與4S3/2兩激發(fā)態(tài)能級之間存在

4、熱耦合。373K下仍然能觀察到Er離子538nm的發(fā)光，說明GaN∶ Er材料有希望應用在高溫環(huán)境中。
　　三、在GaN外延膜中分別注入Er、Pr、Tm三種稀土離子，并研究了GaN外延膜在不同注入情況下的陰極熒光現(xiàn)象。研究表明:在GaN中，單注入Er離子可以發(fā)綠光，單注入Pr離子可以觀察到紅光和綠光，單注入Tm離子可以發(fā)藍光和紅外光;若在GaN中注入不同的稀土離子，也可以部分抑制缺陷發(fā)光。
　　四、采用離子注入的方法，在同一

5、GaN外延膜中共注入Pr/Tm，Er/Pr，Er/Tm兩種稀土離子以及Tm/Er/Pr三種稀土離子，并研究了不同溫度下材料的陰極熒光現(xiàn)象。在GaN中共注入兩種稀土離子時，不僅可以實現(xiàn)混合色彩的發(fā)光，而且發(fā)現(xiàn)兩種稀土離子之間會存在能量傳遞。當Er/Pr/Tm三種稀土離子共注入GaN薄膜后，可以實現(xiàn)紅、綠、藍三色發(fā)光。
　　五、對Er、Pr、Tm稀土離子注入后的GaN薄膜進行XRD、Raman表征，研究其結(jié)構(gòu)性質(zhì)。不同稀土離子Er、P