高性能阴极荧光分析系统及其在氮化物半导体材料研究中的应用

本文介绍由场发射环境扫描电镜和高性能阴极荧光谱仪构成的联合分析系统。该系统在图像质量、图像空间分辨、阴极荧光成像及光谱分析等方面具有优越的性能。利用这一系统对氮化物半导体材料的微观特征、器件结构和光学性能的相互关系进行研究,获得许多有意义的结果。

阴极荧光联合分析系统在III族氮化物研究中的应用

利用高性能阴极荧光(CL)联合分析系统对几类典型的III族氮化物材料进行测试分析.在光谱研究中,利用CL紫外可见光谱系统,对c面蓝宝石衬底上生长的AlxGa1-xN薄膜进行阴极荧光单色谱测试分析,揭示了CL的激发强度与发光带之间的变化关系.进一步研究了掺Mg的Al0.5Ga0.5N薄膜的带边和杂质能级发光机理.利用CL近红外光谱系统对InN薄膜的阴极发光特性进行了研究,验证了InN实际光学带边Eg在0.77eV附近.利用微区分析(CLmapping)系统,可在紫外波段确切地给出材料不同波长的荧光发光区这一特点,对HVPE生长的自支撑GaN衬底进行了SEM和CL微区的对比分析,研究了GaN的位错类型和分布.

InGaN/GaN薄膜的阴极荧光研究

利用高性能阴极荧光(CL)联合分析系统结合场发射扫描电镜对使用MOCVD方法在蓝宝石衬底上实现的不同生长温度条件下InGaN/GaN薄膜材料进行测试分析。利用CL紫外可见光谱系统,对(0001)面蓝宝石衬底上生长的InGaN/GaN薄膜进行阴极荧光单色谱测试分析,揭示了CL的发光波长与In成分变化之间的关系,即随着薄膜中In含量的降低CL谱峰值波长随之产生蓝移。为了进一步研究InGaN薄膜材料的发光机制及薄膜中出现的V坑,对InGaN/GaN薄膜材料进行了同一位置的SEM图像和CL Mapping的对比分析,探讨了缺陷与发光的关系。认定了薄膜中出现的大尺寸V坑对InGaN薄膜材料的发光没有帮助;小尺寸V坑被认定为热腐蚀坑,也对薄膜发光没有贡献。结合SEM图像和CL Mapping初步确认了部分In富集区域。同时研究了InGaN/GaN薄膜表面形貌的平坦区域与沟壑区域造成的发光波动。