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GATAN公司阴极荧光联合分析系统在III族氮化物研究中的应用

2014-6-20 11:21| 发布者: fansiyuan| 查看: 1993| 评论: 0|来自: 中国电镜网

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GATAN公司阴极荧光联合分析系统在III族氮化物研究中的应用

赵红 张荣 谢自力 刘斌 修向前 陆海 李亮 刘战辉 江若琏 韩平 郑有

( 南京大学物理系, 江苏省光电信息功能材料重点实验室, 南京 210093)

摘要: 利用高性能阴极荧光( CL) 联合分析系统对几类典型的I II 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, c 面蓝宝石衬底上生长的Alx GAl- x N 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 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 0.77eV 附近. 利用微区分析( CL mapping) 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, HVPE 生长的自支撑GaN 衬底进行了SEM CL 微区的对比分析, 研究了GaN 的位错类型和分布

关键词: 阴极荧光联合分析系统; III 族氮化物; 阴极荧光特性

1 引言

由于III族氮化物特有的带隙范围, 优良的光、电性质, 优异的材料机械和化学性能, 使其在光显示、光照明等光电子器件领域有着广阔的应用前景, 并且非常适合制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件, 是当前新型半导体异质结构领域的研究热点之一[ 1]

光谱分析是III 族氮化材料的物性、异质结构及器件方面的表征中极其重要的表征手段之一目前氮化物材料进行光谱分析主要是采用光致发光( photo lum-inescence, PL) , 但是PL 谱由于受到激发光源波长和光斑尺寸等因素的制约, 难以获取材料亚微米、纳米尺度的发光信息. 阴极荧光( catho doluminescence, CL) 谱仪采用聚焦电子束作为激发源, 因此, 在激发能量和束斑尺寸方面都能满足氮化物材料在微米、亚微米、甚至是纳米尺度的荧光光谱分析[ 2, 3]

阴极荧光联合分析系统非常适合III 族氮化物材料的光学能带结构研究和III 族氮化物位错分布与发光特性和新颖的量子结构微区发光特性的研究

本文介绍了一套高性能的阴极荧光联合分析系统.该系统可以获得高空间分辨率的形貌图像, 并且对于导电性较差的半导体材料无需进行表面喷涂的预处理.CL 响应波长范围达到165~ 1800nm, 涵盖了紫外和红外两个波段, II I 族氮化物光学带隙正好完全覆盖这一范围, 如图1 所示. 可分别在紫外波段( 165~ 800nm) 和红外波段( 800~ 1800nm) 进行纳米级精度的全色谱和单色谱荧光光谱分析, 在紫外波段还可进行荧光成像( CL mapping) 分析

本文利用这套阴极荧光联合分析系统对几类典型的III 族氮化物材料进行光谱研究和微区分析. 利用CL紫外可见光谱系统, c 面蓝宝石衬底上生长的Alx GAl-x N 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 Al0.5Ga0.5 N 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I nN 薄膜的阴极发光特性进行了测试分析, 验证了InN 实际光学带边Eg 0.77eV 附近. 该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. 利用这一特点对HVPE 生长的自支撑GaN 衬底进行了SEM CL 微区的对比分析,CL mapping 图上发现了SEM 图上无法观察到的底层隐含的某些刃型位错现象, 研究了G aN 样品的位错类型和分布



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