半極性AlGaN材料的外延生長及表征.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、近年來,隨著對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。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,從而有效抑制多量子阱(MQWs)有源區(qū)的QCSE,進而提高UV-LED器件的發(fā)光效率。因此,對半極性AlGaN薄膜的深入

2、研究顯得尤為重要。本論文采用金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)方法在非極性m面藍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℃,生長時間為5.8 min,HT-AlN緩沖層厚度為80 nm時,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),以補償半極性AlGaN外延層和藍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位錯的合并和湮滅;但Si的過量摻入反而會隔離和填充位錯,同時限制位錯的運動,并且會在半極性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

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