热学课程论文sample

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1、《热学》课程论文2007年应变对GaN1-xPx三元合金混溶隙的影响*河海大学2005年科技基金资助项目，第十一届全国光电技术与系统年会会议论文魏新卢洪辉杨爽费道花鹏翔柴兴华窦召明（河海大学理学院，南京210098）Email:@126.com摘要：纤锌矿结构GaN1-xPx三元合金具有宽的可调制带隙，可用于从紫外到红外的发光器件。但是由于GaN和GaP间较大的晶格失配，使得具有高P组分的GaN1-xPx三元合金的生长非常困难。混溶隙的计算方法通常是通SRS模型（strictlyregularsolutionmodel）求解自由能和DLP方法（delta

2、-lattice-parametermethod）来确定相互作用参数。但是，此种方法与实验结果之间还存在有比较大的误差。本文考虑到GaN1-xPx三元合金的应变和应变弛豫，对SRS模型略作修正，在自由能项中加入了应变能项，又引入了应变弛豫因子。模拟结果表明，由于GaN1-xPx三元合金中存在大的晶格失配，使得高P组分的GaN1-xPx三元合金的生长比较困难，但如果GaN1-xPx三元合金中存在比较大的应变弛豫，还是可以生长出较高P组分的GaN1-xPx三元合金，这与目前许多GaN1-xPx三元合金材料生长的报道相一致。关键词：混溶隙；GaN1-xPx；应

3、变；相互作用参量；失配n1.引言目前广泛应用于蓝绿、紫蓝以及紫外光发射二极管和激光器件中的InGaN合金与GaN之间由于存在着大的晶格常数差异，严重限制了InGaN合金的生长厚度，制约了LED的发展。因此，人们想到用与GaN有更小晶格失配的III-V氮化物材料如GaAsN、GaNP合金来代替InGaN。因GaNP合金具有巨大的带隙能量弯曲系数(bandgapbowingparameter)，掺入少量的P就能有效地调制其带隙变窄，形成一种III-V氮化物窄带隙新材料，从而可实现从紫外到红外波长范围的光器件和白光LED，是一种极具应用前景的新材料，近年来已成

4、为国际上Ⅲ族氮化物领域的研究热点[1-3]。但由于GaN和GaP之间的晶格常数相差很大，导致GaN-GaP体系之间存在很大的溶隙(miscibilitygap)，容易出现相分离，从而使得高P组分的GaN1-xPx薄膜的生长特别困难[4]。最近，Kikawa等人采用激光辅助的金属有机化学气相淀积（MOCVD）技术在蓝宝石衬底上成功地生长了P组份比为超过10%的GaN1-xPx三元合金[5-6]．这表明基于非平衡生长条件的MOCVD技术有望获得高P组份的GaN1-xPx三元合金材料．尽管目前有关GaN1-xPx方面研究的报道已不少，但主要集中在合金的分子束外

5、延的制备方法、晶体质量和光学特性的研究，因此，高P组分的GaN1-xPx三元合金中的相分离机制尚不十分清楚。本文通过严格正规溶液解（strictlyregularsolution）模型和三角晶格常数（delta-lattice-parameter，DLP）模型求解GaN1-xPx三元合金体系的自由能，考虑GaN1-xPx三元合金中晶格弛豫的存在，对模型进行了修正，计算了晶格弛豫应变能，考虑到应变弛豫度，又引入了晶格弛豫因子。结果表明，我们的模型可以和实验符合得很好。《热学》课程论文2007年n2.GaN1-xPx三元合金材料的生长GaN1-xPx三元合金

6、材料的生长方法目前有分子束外延（MBE）和金属有机化学气相淀积（MOCVD）等方法。最初，生长GaN1-xPx三元合金薄膜的方法为分子束外延法。MBE技术是真空外延技术。在真空中，构成外延膜的一种或多种原子，以原子束或分子束形式落到衬底或外延面上，其中一部分经过物理—化学过程，在衬底或外延面上按一定结构有序排列，形成晶体薄膜。采用MBE方法，当生长温度低于600℃时，薄膜结构为富GaN的GaNP和富GaP的GaPN的两相区，当温度高于730℃时，薄膜结构与并入合金的P成份有关，当x≥0.015时,薄膜结构为富GaN的GaNP和富GaP的GaPN的两相区；

7、当x≤0.015时,薄膜结构为富GaN的GaNP单晶材料。所以，采用MBE方法很难得到高组份的GaN1-xPx三元合金材料。MOCVD技术与MBE技术比较，MOCVD外延的GaN基光电子器件材料方面具有明显优势。采用MOCVD技术外延GaN1-xPx三元合金时，材料最佳生长窗口为900℃—950℃，并可生长出P组份为10%左右的单晶材料，当温度低于750℃时，会相分离成富GaN的GaNP和富GaP的GaPN的两相区；温度高于950℃，GaNP难以成核于衬底形成高质量的薄膜。因此，最近有关GaNP三元合金的研究工作，其材料的生长主要采用了MOCVD技术，我

8、们的计算结果亦与MOCVD技术生长出的P组份接近。n3.相互作用参量和活性度DL