低溫AIN層的MOCVD生長工藝及應用研究.pdf

1、近年來，AlGaN/GaN量子阱受到越來越多的關注并廣泛應用于諸如紫外發(fā)光二極管和高電子遷移率晶體管等各類光電器件和電子器件中。然而，由于AlGaN/GaN量子阱與GaN模板間存在極大的晶格失配和熱膨脹失配使量子阱區(qū)外延層中很容易產生大量的結構缺陷、裂紋和明顯的應力弛豫現象，因此如何生長高質量的AlGaN/GaN量子阱成為了一個亟待解決的難題。在眾多解決辦法中，低溫AlN插入層作為應變工程技術被視為一種有效且便捷的手段用來調控AlGaN

2、/GaN量子阱外延層中的晶體質量以及相應的應力弛豫問題。本文以在AlGaN/GaN量子阱結構下方插入低溫AlN插入層為出發(fā)點，重點研究低溫AlN插入層生長溫度對低溫AlN層晶體質量影響，以及對AlGaN/GaN量子阱層外延晶體質量和光學電學性質的影響。從實驗以及理論上分析生長溫度在低溫AlN插入層以及量子阱層生長過程中影響機制。主要研究成果如下:
　　利用MOCVD方法，通過改變低溫AlN層外延過程中生長溫度，在GaN基底上制得A

3、lN外延薄膜。利用高分辨X射線衍射儀(HRXRD)及原子力顯微鏡(AFM)等方法測試了薄膜的晶體結構及表面粗糙度，重點研究了低溫AlN層的生長溫度對AlN層外延質量的影響。實驗結果顯示，不同的生長溫度直接會導致低溫AlN層具有不同的表面形貌、表面粗糙度及位錯密度，且隨生長溫度的升高，刃型與螺型位錯密度呈現先降低后升高的趨勢，并在640℃達到最低;表面粗糙度呈現先升高后降低的趨勢，也在640℃達到最高。通過理論計算AlN層中的應變可以發(fā)現

4、，隨溫度升高AlN層外延層中應變先升高后降低,也在640℃達到最大。低溫AlN插入層的生長溫度直接影響Al原子在界面處的遷移率及復合速率，這將導致不同的低溫AlN層的晶粒生長合并模式進而直接影響外延層中的刃型與螺型穿透位錯密度以及外延層中的應力方向及應變大小以及其表面形貌。
　　利用高分辨X射線衍射儀(HRXRD)及原子力顯微鏡(AFM)等測試手段研究了低溫AlN插入層的生長溫度對AlGaN/GaN量子阱應力弛豫作用的影響。通過實

5、驗發(fā)現，低溫AlN插入層不同的生長溫度會導致AlGaN/GaN量子阱不同的表面粗糙度及位錯密度，并且當生長溫度達到640℃時樣品中表面粗糙度及位錯密度達到最低，同時具有最高的載流子遷移率及帶邊發(fā)光峰強度。利用原子力顯微鏡直接觀察插入層的表面結構可以發(fā)現，在不同的生長溫度得到的低溫AlN表面具有不同的表面形貌從而直接影響界面處位錯主滑移系的開動及位錯阻擋機制。而低溫AlN不同的表面形貌是由于Al原子在不同溫度下的不同的遷移機制造成。