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《西北大学》 2011年
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稀土掺杂氮化镓纳米粉溶胶—凝胶制备及发光机理研究

张璐  
【摘要】:与主导微电子产业的Ge、Si、GaAs、GaP等半导体相比,具有优异性能的氮化镓(GaN)材料已成为当前最受重视的III-V族化合物半导体材料之一,在微电子、光电子、通讯领域具有广阔的应用前景。由于稀土掺杂半导体材料的光谱范围可以从紫外光、可见光一直延伸到近红外光范围,直接宽带隙的GaN材料非常有利于稀土离子的掺杂发光,且稀土掺杂GaN材料所制备的发光器件具有高亮度、长寿命、单色性好等优点[1-8]。因此本文的主要研究目标是制备本征及Pr、Ce、La等稀土元素掺杂的GaN粉末,并通过与理论计算结果的对比研究其发光性能的变化。 本文在介绍GaN材料和稀土元素性质的基础上,分析了制备GaN材料技术的优缺点、影响性能的因素(杂质和缺陷),选用氧化镓为镓源、稀土氧化物为杂质源,柠檬酸为络合剂,利用成本低、易操作、掺杂均匀的溶胶-凝胶技术制备出未掺杂和稀土掺杂的纳米GaN粉体。利用X射线衍射、傅立叶红外光谱、光致发光谱对所制备的粉体进行微观晶体结构和光学性能的表征,分析研究了各工艺条件对粉体质量的影响、掺杂对能带结构和光学性能的影响。同时从理论上利用第一性原理的密度泛函理论,选用MS软件分析研究了GaN纳米晶体的电子结构与光学性质的关系,以及稀土离子掺杂后GaN纳米晶体的光学参数。 将理论计算结果与实验结果进行对比,结果表明:当溶液PH值为中性,退火温度为950℃时,GaN粉体的结晶度较好,且随着掺杂浓度和退火温度的升高,掺杂粉体的发光强度有所减弱;理论计算的结果表明,本征及掺杂粉体均具有与实验结果相符的光学特性。本文通过实验工艺优化与理论计算分析,为GaN光电材料的设计与应用提供了理论和实验依据。
【学位授予单位】:西北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB383.1

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【参考文献】
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