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1、.稀土掺杂氮化镓纳米粉溶胶凝胶制备及发光机理研究【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
2、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.更多还原【Abstract】ComparingwithGe,Si,GaAsandGaP,GaNwhichhasexcellentperforman
3、cehasbecomethemostvaluedIII-Vclancompoundsemiconductormaterials,ithaswideapplicationintheareaofmicroelectronics,optical-electronicsandcommunications.Thespectrumofrareearthdopedsemiconductorsextendfromultravioletlight,visiblelightuntiltonearinfraredlight,thewidebandgapGaNmaterialsareverybeneficialtol
4、uminescenceofrareearthionsdoping,andthedevicesofrareearthdopingGaN.更多还原【关键词】GaN纳米材料；溶胶-凝胶法；稀土掺杂；光学性质；【Keywords】GaNnanomaterials；Sol-Gel；rareearthdoped；opticalproperties；摘要3-4Abstract4引言9-11第一章绪论11-201.1GaN的研究现状11-131.1.1GaN薄膜的研究发展与现状11-121.1.2GaN粉体的研究发展与现状121.1.3GaN材料的应用研究现状12-131.2GaN材料的制备13-161.2.
5、1薄膜制备方法13-151.2.1.1分子束外延(MBE)141.2.1.2金属有机物化学气相沉积(MOCVD)141.2.1.3氢化物气相外延(HVPE)14-151.2.2GaN粉体的制备15-161.2.2.1沉淀法151.2.2.2水热法15-161.2.2.3微乳液法161.3溶胶-凝胶法(Sol-Gel)16-181.3.1溶胶-凝胶法的化学过程17-181.3.2溶胶-凝胶法的特点181.4本论文研究内容18-20第二章稀土掺杂GaN的基础理论20-242.1GaN材料的相关性质20-212.1.1GaN的基本结构202.1.2GaN的相关性质20-212.2稀土的性质21-22
6、2.2.1稀土元素的性质21-222.2.2稀土改性机理222.3稀土掺杂GaN的性质分析22-242.3.1GaN的发光性质22-232.3.2稀土掺杂GaN的发光性质23-24第三章GaN材料的第一性原理计算24-353.1从头计算方法(abinitio)24-253.2密度泛函理论(DFT)25-263.2.1Hohenberg-Kohn定理253.2.2局域密度近似(LDA)25-263.3CASTEP软件介绍26-283.3.1CASTEP软件的主要功能26-273.3.2CASTEP软件的使用方法27-283.4本征GaN晶体材料的计算28-313.5稀土离子掺杂GaN材料的计算3
7、1-343.6本章小结34-35第四章溶胶-凝胶法制备GaN粉体35-524.1实验准备及注意事项35-374.2样品的制备37-434.2.1样品制备方案37-384.2.2样品表征方案38-394.2.2.1X射线衍射(XRD)384.2.2.2傅立叶红外光谱分析(FTIR)38-394.2.2.3光致发光谱(PL)394.2.3材料制备过程39-434.2.3.1本征GaN粉体的制备40-414.2.3.2稀土掺杂GaN粉体的制备41-434.3样品表征的结果与讨论43-514.3.1预处理产物的分析434.3.2柠檬酸及pH值对GaN的影响43-454.3.3退火温度对GaN的影响45-474.3.4不同稀土掺杂的分析47-494.3.5GaN发光谱的分析49-514.4本章小结51-52第五章本文主要结论52-54参考文献.5
