第 43 卷 4 期 第 2004 年 7 月
厦门大学学报 ( 自然科学版)
Journal of Xiamen U niversity ( Nat ural Science)
Vol. 43 No. 4 J ul. 2004
Ga P1 - x N x 混晶 ( x = 0. 24 % ～3. 1 %) 发光
复合机制的研究
吕毅军1 ,高玉琳1 ,林顺勇1 ,郑健生1 ,张 2 , 勇 2 3 3 Mascarenhas A ,辛火平 ,杜武青
( 1. 厦门大学物理学系 , 福建 厦门 361005 ; 2. 美国可再生能源实验室 ,美国 ; 3. 美国加州弗吉尼亚大学电机工程系 ,美国)
摘要 : 利用变温光致发光 ( PL ) 谱研究了一系列 GaP1 - x N x 混晶的发光复合机制 . GaP1 - x N x 混晶的 PL 谱从低组分
的 NN 对束缚激子及其声子伴线到高组分杂质带发光的特征 ,表现出明显的带隙降低的趋势 . 测量结果显示 ,在组分
x ≥ 24 %的样品的发光谱中 NN1 能量之下已经开始出现几个新的束缚态 , 在低组分的混晶中 , 只存在一种激活 0.
能 ,仍然保持有束缚激子的特征 ; 而在高组分样品 ( x ≥ 81 %) 中存在两种激活能 . 高组分样品一方面仍保留有束缚 0. 激子的特征 ,另一方面也表现出新的发光机制 .
GaPN , GaAsN 是 近 年 来 出 现 的 新 型 混 晶 , GaPN , GaAsN 混 晶 的 带 隙 特 殊 之 处 在 于 其 不 是 GaP 或 GaAs 和 GaN 的线性内插关系 , 而是存在着 巨大的带隙弯曲 . 由于 N 的引入导致了该材料体系 大的带隙降低和较大的带隙弯曲系数 , 使得 GaPN ,
GaAsN 混晶又被称为 "反常" 混晶 [ 1～4 ] . 当 N 组分 ( N 浓度) 足够小时 , GaPN , GaAsN 混晶就是我们所
熟悉的 GaP , N 的等电子掺杂体系 . 传统的材料 N GaAs 生长方法在 GaP 中能达到的掺 N 极限在 [ N ] ～1019 cm - 3 ,很难达到形成杂质带的水平 . 要在 GaP 中实 现高浓度的掺 N 并不容易 , 由于 GaP 和 GaN 之间 较大的物理特性差异 ,特别是晶格结构 ( 前者为闪锌 矿结构 ,后者为通常为六角结构 ) 和晶格常数的差 异 ,使得 GaP 和 GaN 存在较大的可混溶性间隙 , 从 而难以生长高质量的高掺 N 的 GaP 材料 . 随着材料 生长技术的进步 ,到了 20 世纪 90 年代 ,人们通过金 属有机物汽相外延 ( MOV PE) 和分子束外延 ( MB E) 等材料生长方法 ,在非平衡条件下 ( 如高温生长 ) 获
关键词 : 发光 ; III2V 半导体 ;带隙弯曲 中图分类号 : O 472. 3
收稿日期 :2003207230 科学基金 ( A0110007) 资助 作者简介 : 吕毅军 ( 1973 - ) ,男 ,副教授 .
文献标识码 : A
得了高浓度的掺 N ,以至于形成 GaP1 - x N x 混晶 . 如 Baillargeon 等人用 MB E 的方法得到了 x < 7. 6 %的 掺 N 浓度 [ 2 ] ,Miyoshi 等人 [ 3 ] 用 MOV PE 得到了 x < 4 % , Bi 等人报道生长出了浓度高达 x = 16 %的 GaP1 - x N x 混 晶 [ 4 ] . GaP 不 但 有 较 大 的 掺 杂 范 围 N
( 1015 ～1020 cm - 3 ) , 而且还有着相当高的形成杂质
带的掺杂浓度 [ 2 ] ,从而使它成为研究等电子掺杂形 成杂质带的独特材料体系 . 在低掺杂浓度下 ( [ N ] 1 × 20 cm - 3 ( x > 0. 4 %) , GaP 可看作 GaP1 - x N x 混 10 N
文章编号 :043820479 ( 2004) 0420491205
·492 ·
厦门大学学报 ( 自然科学版) 2004 年
晶 ,带隙降低的原因是由于各束缚激子态之间相互 作用引起的杂质带效应 . Zhang 等人
[7 ]
在吸收谱中
长厚为 200 nm 的 GaP 缓冲层 ,生长温度为 640 ℃; GaP1 - x N x 外延层的生长温度为 520 ℃, 对浓度为

下一页