退火对大剂量Al离子注入GaN发光特性的影响

首次报道了用不同浓度的Ａｌ离子注入于蓝宝石衬底上的ＧａＮ薄膜（注入能量为５００ｋｅＶ、注入浓度为１０１４～１０１５ ｃｍ－２）， 在做了不同温度和不同时间的快速热退火处理以及常规热退火处理后，在１２Ｋ下用Ｈｅ－Ｃｄ 激光（３２５ｎｍ）激发得到其发射谱。结果显示， 经大剂量Ａｌ注入后的样品，其光致发光谱中３．４５ｅＶ的带边激子发光以及２．９ ～ ３．３ｅＶ的４个声子伴随峰消失。此表明大剂量Ａｌ注入对ＧａＮ的晶体结构造成严重的损伤，以致本征发光消失。经１０１４ｃｍ－２剂量Ａｌ注入后的样品，在Ｎ２气氛中退火处理后，２．２ｅＶ缺陷发光峰得到了一定程度的恢复。而且，经常规退火处理后，此发射峰比快速退火处理的样品发射峰恢复得更好（其积分光强高３倍）。相似的结果亦显示于１０１５ ｃｍ－２ 浓度的Ａｌ 注入的样品。２．２ｅＶ 黄色荧光源于ＧａＮ的缺陷（如Ｇａ空位（ＶＧａ）， 或ＶＧａＨ２，或ＶＧａ－ＯＮ 复合体），其能级位于价带顶以上约１．１ｅＶ处。荧光发射可以来自"导带缺陷能级"的跃迁，也可能来自浅施主（如Ｎ位Ｏ，能级位于导带下～１０ ｍｅＶ）至上述缺陷能级之间的跃迁。Ｉ－Ｖ 测量显示，Ａｌ的注入区成为 ～ １０?

退火对离子注入GaN产生的深能级的影响

我们最近报道了大剂量Al+注入原生GaN后对其光学性质的影响。表明Al+的注入可能产生了某种深能级电子陷阱 ,由于电子陷阱俘获导带电子 ,导致发光猝灭。而经一定条件的退火处理 ,可使深的电子陷阱发生变化 ,因而与缺陷间的跃迁相关的黄色荧光可得到一定程度的恢复。由于注入样品的电阻率高达 1 0 1 2 Ω·cm ,因此不能用已有的常规方法测量。我们为此发展了一种称为“光增强电流谱”(PSCS)新方法 ,用于测量高阻样品中的深能级。研究发现 ,在经过快速退火处理的样品中 ,不能消除由于注入产生的准连续深能级带 ;而在某种常规条件退火的样品中 ,发现了 5个位于导带下 1 .77eV ,1 .2 4eV ,1 .1 6eV ,0 .90eV和 0 .86eV的深电子陷阱 ,它们都是Al+注入经退火后形成的稳定结构。实验发现退火使注入产生的准连续深能级带转变为独立的深能级结构 ,虽不能使GaN的本征发光得到恢复 ,但对黄色荧光的恢复是有利的。此研究有助于了解退火处理对离子注入的GaN的电学结构与发光产生的影响。PSCS的意义在于它适用于测量一切高阻半导体样品中与非辐射跃迁相联系的深陷阱能级 。