稀土掺杂氮化镓粉体的制备及光学性能研究

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氮化镓(GaN)热稳定性和化学稳定性好,而且是宽禁带半导体,对于稀土是一个很好的掺杂基质。与传统的掺杂基质Si、GaAs半导体相比,稀土掺杂宽禁带的GaN的温度淬灭小。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。稀磁半导体同时利用载流子的电荷和自旋自由度构造将磁、电集于一体的半导体器件。近年来,稀土掺杂氮化镓基稀磁半导体引起了大家的极大关注,不仅在室温铁磁半导体而且在发光器件上。我们制备稀土掺杂氮化镓粉体,并且探索其光学电学磁学性质。  本文主要比较固相法和Ga金属氮化法合成的稀土掺杂氮化镓。以氧化镓和氧化铕为原料在不同温度的氨气氛围下热处理合成了铕掺杂的氮化镓粉体。通过X射线衍射(XRD)分析证明合成的GaN为六方纤锌矿结构,通过衍射峰半高宽拟合的晶粒尺寸在20nm左右。Raman光谱研究进一步证实了合成的GaN粉末为六方多晶结构,铕掺杂GaN样品的Raman峰相比未掺杂GaN各个峰红移2~6cm-1,这可能是由于铕掺杂产生的应力导致。我们分析了温度在80K-298K的铕掺杂氮化镓的阴极荧光。当温度在200K以下,Eu掺杂GaN有紫外光和铕离子发光峰,当温度升高到298K时,紫外光消失,然而铕离子的发光峰强度不随温度的变化而变化。基于ON和MgGa施主受主对模型解释了以上阴极荧光现象。镓金属氮化法合成的稀土掺杂氮化镓粉末通过X射线衍射(XRD)分析证明合成的GaN为六方纤锌矿结构,晶粒尺寸在10um左右。室温下Eu掺杂GaN的阴极荧光谱有带边峰和铕离子发光峰。
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