半極性AlGaN材料的外延生長及表征.pdf

1、近年來，隨著對(duì)Ⅲ族氮化物發(fā)光二極管(Light emitting diodes，LEDs)研究的不斷深入，高Al組分AlGaN基紫外LED (UV-LED)成為關(guān)注的熱點(diǎn)。然而受制于量子限制斯塔克效應(yīng)(QCSE)，傳統(tǒng)的極性AlGaN基UV-LED的內(nèi)量子效率很低。而半極性AlGaN材料能夠減小自發(fā)極化誘導(dǎo)的內(nèi)建電場(chǎng)，從而有效抑制多量子阱(MQWs)有源區(qū)的QCSE，進(jìn)而提高UV-LED器件的發(fā)光效率。因此，對(duì)半極性AlGaN薄膜的深入

2、研究顯得尤為重要。本論文采用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)方法在非極性m面藍(lán)寶石襯底上生長了半極性(11-22)面AlGaN外延薄膜，并開展了半極性AlGaN材料n型摻雜的研究和MQWs生長的嘗試。本論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　1.在m面藍(lán)寶石襯底上使用低溫AlN (LT-AlN)成核層/高溫AlN(HT-AlN）緩沖層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了半極性AlGaN薄膜的外延生長，并且著重研究了成核條件和HT-AlN緩沖層厚度對(duì)半極性Al

3、GaN外延層晶體質(zhì)量的影響。研究結(jié)果表明，在LT-AlN成核層生長溫度為520℃，生長時(shí)間為5.8 min，HT-AlN緩沖層厚度為80 nm時(shí)，半極性AlGaN外延層的晶體質(zhì)量最優(yōu)，表面平整光滑、無裂紋，而且XRC的半高寬(FWHM)值低至1330 arcsec。
　　2.研究了三種提高半極性AlGaN外延層晶體質(zhì)量的生長和結(jié)構(gòu)方法:(1)采用NH3脈沖技術(shù)，以增加Al原子的表面遷移率，同時(shí)降低預(yù)反應(yīng)，從而改善了半極性AlGaN

4、外延層的晶體質(zhì)量和表面形貌;(2)采用應(yīng)力弛豫插入層結(jié)構(gòu)，以補(bǔ)償半極性AlGaN外延層和藍(lán)寶石襯底之間晶格失配引起的面內(nèi)應(yīng)力，并且阻斷部分穿透位錯(cuò)從HT-AlN緩沖層向外延層的延伸，從而提高了半極性AlGaN外延層的晶體質(zhì)量;(3)采用In作表面活性劑，以抑制氮空位的產(chǎn)生，降低半極性AlGaN外延層的背景載流子濃度，從而改善了半極性AlGaN外延層的電學(xué)特性。
　　3.在m面藍(lán)寶石襯底上生長了Si摻雜的n型AlGaN外延薄膜，并且

5、系統(tǒng)地研究了不同SiH4摻雜濃度對(duì)n型AlGaN材料的結(jié)構(gòu)、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明，合適的Si摻雜濃度能夠有效促進(jìn)位錯(cuò)的合并和湮滅;但Si的過量摻入反而會(huì)隔離和填充位錯(cuò)，同時(shí)限制位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，并且會(huì)在半極性AlGaN外延層中引入張應(yīng)力，最終導(dǎo)致半極性AlGaN外延層晶體質(zhì)量的劣化。
　　4.在m面藍(lán)寶石襯底上成功制備了周期為20 nm、阱寬7nm的半極性Al0.6Ga0.4N/Al0.42Ga0.58N多量子阱(MQWs