《(Mn,Fe)摻雜的GaN材料Mn,Fe價態調控及3d電子躍遷機制研究》是依託復旦大學，由崔旭高擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：(Mn,Fe)摻雜的GaN材料Mn,Fe價態調控及3d電子躍遷機制研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：崔旭高
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD）製備Mn和/或Fe摻雜GaN薄膜材料，並利用Si和Mg共摻雜調節費米能級，使Mn或Fe雜質充放電,達到Mn,Fe離子價態調控。探測不同雜質價態下，材料的光學性質（吸收、發射、光致激發、時間分辨螢光等），推測相對應的雜質3d內電子躍遷機制。另外，在Mn,Fe摻雜的GaN材料中，引入氮空位，使晶格畸變，調節雜質離子所在晶場環境，通過探測光學性質研究晶場與Mn，Fe 3d內殼電子互作用；晶場變化對3d電子的能態劈裂大小、躍遷定則消除、躍遷幾率和躍遷時間等調節作用；並闡明光學性質對應的躍遷機制，探索提高材料光學性質的方法。 最後，為開發套用Mn,Fe摻雜GaN材料的光學性質，製備原型器件，在藍光GaN基LED頂層外延Mn,Fe摻雜GaN，通過吸收量子阱出射藍光，把藍光轉化成紅光獲得紅藍光混合光。
結題摘要
利用金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD）製備在不同的溫度下生長Mn摻雜GaN薄膜材料。發現，過高和過低的生長溫度都不利於薄膜質量的提高，其中，過低的生長溫度下，材料表面呈現納米結構，隨著生長溫度提高，薄膜表面呈現台階流生長模式，材料質量提高。但過高的生長溫度，使得Mn摻雜的濃度降低，部分Mn析出在薄膜的表面，形成納米糰簇。綜合考慮，我們發現在900到980度溫度下生長材料比較合適。在900到980度溫度範圍內，當溫度降低，氨氣分解不充分，使得摻雜GaN材料中形成氮空位，Ga過量，形成電子摻雜，Mn呈現出2價態；同時，升高生長溫度到980度，氨氣分解充足，摻雜的GaN薄膜材料中，N充分，其中的Mn雜質轉變為Mn3+的價態結構。而在900到980之間生長材料，主要呈現出Mn3+和Mn2+價的混合價態。因而，可以通過調節材料的生長溫度，使Mn雜質充放電,達到Mn離子價態調控。通過對材料進行XPS，XRS和不同溫度下得吸收和光致螢光測試，發現在不同的價態下，材料的光學性質不同。在紫外波段，所有樣品均發現光譜精細結構。然而，在484nm周圍天藍色寬光譜帶只對於900度溫度生長的樣品較為明顯，這是因為此寬光譜帶主要由過量的Ga原子引起。此外，在紅外波段，探測了材料的光致螢光譜，發現了850-950nm間的紅外發射；並且，在此發射頻，發現Mn原子相關的1.414eV的零聲子線及其伴線。這些紅外譜和精細結構，只能在980度和930度等較高溫度下生長的薄膜中探測到。此零聲子線及其伴線是可歸結為中性Mn3+原子中的3d電子5T2到5E態間的躍遷。由此，可以推測出引入氮空位，調節雜質離子所在晶場環境，改變材料的光學性質，並闡明光學性質對應的躍遷機制，探索改變材料光學性質的方法。 最後，還生長了Fe摻雜的GaN，並研究了光學性質。 通過此項目的展開，探討了過渡族金屬摻雜GaN材料光學，價態性質，揭示了3d電子躍遷機制，初步達到項目計畫書要求的內容。
