【摘 要】
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Ⅲ族氮化物薄膜近年来在光电探测器、场效应晶体管、太阳能电池等光电器件领域具有潜在的应用前景。其中,三元半导体Al1-xInxN因其具有最宽的可调直接带隙,引起了科研人员广泛的关注。由于三元氮化物具备独特的局部配位环境和可调控的禁带宽度,可使掺杂在其中的稀土离子实现多色发光。因此,本论文中以Al1-xInxN（x=0.34～0.94）薄膜为基质,选取稀土离子Eu3+作为激活剂离子,研究了掺杂前后薄膜
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Ⅲ族氮化物薄膜近年来在光电探测器、场效应晶体管、太阳能电池等光电器件领域具有潜在的应用前景。其中,三元半导体Al1-xInxN因其具有最宽的可调直接带隙,引起了科研人员广泛的关注。由于三元氮化物具备独特的局部配位环境和可调控的禁带宽度,可使掺杂在其中的稀土离子实现多色发光。因此,本论文中以Al1-xInxN（x=0.34～0.94）薄膜为基质,选取稀土离子Eu3+作为激活剂离子,研究了掺杂前后薄膜的光电性能,以及退火温度和退火压强对Al1-xInxN:Eu3+薄膜发光特性的影响。1.高温沉积方法在制备高In组分Al1-xInxN薄膜时易导致相分离发生,因此本工作选取低温单靶磁控溅射技术,将In片放置在Al靶表面,在仅改变射频功率的条件下,成功制备了不同组分的单相纤锌矿结构Al1-xInxN薄膜。随着功率的增加,薄膜的缺陷密度降低,制备的Al1-xInxN薄膜的In组分含量范围在0.34～0.94之间,禁带宽度可调范围在2.2 e V～2.95 e V之间。不同组分Al1-xInxN薄膜的光致发光谱结果表明,Al1-xInxN薄膜的本征发光峰相对光学带隙出现stokes位移,同时出现与缺陷能级相关的发光峰。针对不同禁带宽度的Al1-xInxN薄膜,采用点电极和叉指电极分别制备了Al1-xInxN薄膜多波长光电探测器。利用紫外,绿色和红色LED光源测试了Al1-xInxN薄膜多波长光电探测器的性能,在不同波长的入射光下,银电极和叉指电极制作的薄膜探测器具有稳定的光响应特性,响应时间和下落时间在2 s～5 s之间,叉指电极薄膜探测器的各项性能更加优异,分别相对提升了2～5个数量级。2.通过改变功率,制备不同In组分的Al1-xInxN:Eu3+薄膜。In组分范围在0.39～0.79之间,禁带宽度可调范围在2.9 e V～3.7 e V之间,在相同沉积条件下,掺杂后Al1-xInxN:Eu3+薄膜的禁带宽度最大增幅为1.3 e V,沉积的Al0.21In0.79N:Eu3+薄膜相对未掺杂的Al0.21In0.79N薄膜暗电流降低四个数量级,禁带宽度增加1.32 e V。分别利用紫外,绿色和红色LED光源测试Al1-xInxN:Eu3+薄膜光电探测器的各项性能,掺杂后的Al1-xInxN:Eu3+薄膜多波长光电探测器具有稳定的光响应特性。此外,研究了退火温度和退火压强对Al1-xInxN:Eu3+薄膜发光特性的影响,结果表明,在常压和真空条件下退火后薄膜皆出现氧化,在真空退火后,Al1-xInxN:Eu3+薄膜出现相分离现象,随着退火温度的升高,Eu3+离子的发光峰明显增强。3.制备了不同组分的多层Al1-xInxN及Al1-xInxN:Eu3+薄膜,研究了多层膜的光电性能及Eu3+离子掺杂对多层膜光学特性的影响,多层不同组分Al1-xInxN薄膜及Al1-xInxN:Eu3+薄膜的光学带隙接近薄膜中低In组分Al1-xInxN及Al1-xInxN:Eu3+薄膜的禁带宽度。多层不同组分Al1-xInxN薄膜的PL谱以本征发光为主,多层Al1-xInxN:Eu3+薄膜的PL谱以Eu3+离子的~5D0-~7F3能级跃迁产生的发光峰为主。
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