非極性與半極性GaN基氮化物的外延生長(zhǎng)及表征研究.pdf

1、近年來(lái)，發(fā)光二極管(LED)被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到照明領(lǐng)域中。為了獲得更高的器件性能，以Ⅲ族氮化物為代表的第三代半導(dǎo)體材料被用于制作LED并得到了迅速發(fā)展。特別是非極性Ⅲ族氮化物因其能很好地消除量子阱中的量子限制斯塔克效應(yīng)，可以大大提高LED器件的發(fā)光效率，因而受到越來(lái)越多的關(guān)注。本文主要使用金屬有機(jī)物氣相外延技術(shù)(MOVPE)在藍(lán)寶石襯底上進(jìn)行非極性GaN基Ⅲ族氮化物的生長(zhǎng)探索，研究其最佳的生長(zhǎng)條件，特別是Si摻雜對(duì)其性能的影響。本文主

2、要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)分別在a，m，r面藍(lán)寶石襯底上進(jìn)行了GaN的生長(zhǎng)工藝的研究。通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)工藝的優(yōu)化在不同晶向的藍(lán)寶石襯底上均得到了表面平整的GaN晶體薄膜，并且由XRD的掃描結(jié)果獲知在a，m，r面藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)得到的GaN分別為極性(0001)，半極性（11(2)2）和非極性(11(2)0)取向的晶體。在a面藍(lán)寶石襯底上進(jìn)行生長(zhǎng)時(shí)主要對(duì)成核層(AlN)的Ⅴ/Ⅲ比進(jìn)行調(diào)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著Ⅴ/Ⅲ比的增加，晶體質(zhì)量也得到提高。

3、在m面藍(lán)寶石襯底上進(jìn)行生長(zhǎng)時(shí)采用與在a面藍(lán)寶石襯底上進(jìn)行生長(zhǎng)相似的生長(zhǎng)條件。而在對(duì)r面藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)非極性GaN的生長(zhǎng)工藝進(jìn)行優(yōu)化時(shí)對(duì)比了不同成核層對(duì)晶體質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)采用單層高溫AlN成核層時(shí)晶體質(zhì)量最好。
　　(2)研究了在r面藍(lán)寶石襯底和m面藍(lán)寶石襯底上分別生長(zhǎng)非極性(11(2)0)和半極性(11(2)2) AlGaN的生長(zhǎng)條件。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，非極性(11(2)0) AlGaN的表面形貌和晶體質(zhì)量并不是正相關(guān)的。也就是說(shuō)

4、好的表面形貌和好的晶體質(zhì)量很難同時(shí)獲得。在使用AlN/GaN復(fù)合成核層時(shí)，當(dāng)AlN生長(zhǎng)溫度為1050℃，Ⅴ/Ⅲ比為10000，GaN生長(zhǎng)時(shí)間為15分鐘時(shí)，外延層獲得最平整的表面形貌，但晶體質(zhì)量較差;而在使用高溫AlN成核層時(shí)，當(dāng)AlN生長(zhǎng)溫度為1050℃，Ⅴ/Ⅲ比為2567，GaN生長(zhǎng)時(shí)間為30分鐘時(shí)，外延層獲得最好的晶體質(zhì)量，但表面形貌卻較差。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)使用高溫AlN成核層和較高的AlGaN生長(zhǎng)溫度對(duì)于改善非極性(11(2)0) Al

5、GaN外延層的晶體質(zhì)量很有幫助。另外也發(fā)現(xiàn)使用Al組分逐次降低的多層AlGaN作為緩沖層能夠有效地改善半極性(11(2)2) AlGaN材料的晶體質(zhì)量。
　　(3)研究了Si摻雜分別對(duì)在c，a，m，r面藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的AlGaN薄膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)以及光學(xué)性質(zhì)的影響。結(jié)果均顯示Si摻雜能夠有效地改善分別在a面和m面藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的極性和半極性AlGaN薄膜的晶體質(zhì)量。而由于Si摻雜提高了在a面藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的AlGaN晶