Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)及其特性.pdf

1、Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體因其連續(xù)可調(diào)的寬廣的直接帶隙及其優(yōu)越的物理、化學(xué)性質(zhì)，在光顯示、光照明、光存儲(chǔ)、光探測(cè)和功率電子器件等光電子器件等領(lǐng)域中具有極其廣泛的應(yīng)用潛力和良好的市場(chǎng)前景。Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體器件中，GaN基超晶格、量子阱等異質(zhì)結(jié)構(gòu)扮演著非常重要的角色，其質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接影響著器件的性能和應(yīng)用，因而近年來(lái)成為人們研究的熱點(diǎn)之一。隨著可見(jiàn)光波段器件的日趨成熟，Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體材料的研究逐漸轉(zhuǎn)向高Al組分AlGaN和高In組分InGaN方向發(fā)展

2、。本論文采用MOVPE生長(zhǎng)技術(shù)，結(jié)合第一性原理計(jì)算方法和材料的結(jié)構(gòu)、性能測(cè)試，開(kāi)展了AlN材料、GaN/AlGaN超晶格結(jié)構(gòu)、InN/InGaN混晶等方面的研究，主要工作進(jìn)展如下:
　　系統(tǒng)開(kāi)展了AlN材料的MOVPE外延生長(zhǎng)研究，以期了解生長(zhǎng)前不同預(yù)處理方法對(duì)AlN外延薄膜特性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，生長(zhǎng)前的脈沖通入預(yù)處理方法能有效減少AlN薄膜的螺位錯(cuò)、刃位錯(cuò)，同時(shí)也降低了生長(zhǎng)表面的粗糙度，從而提高了AlN材料的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)中還對(duì)

3、Ⅴ/Ⅲ比、生長(zhǎng)壓力、H2流量等生長(zhǎng)參數(shù)對(duì)AlN外延材料的影響開(kāi)展了較系統(tǒng)的研究，并在一定范圍內(nèi)獲得了各種參數(shù)的優(yōu)化值，改善了AlN外延層的晶體質(zhì)量和表面形貌。在此基礎(chǔ)上，利用調(diào)制型遷移率增強(qiáng)法生長(zhǎng)了厚約為1μm質(zhì)量較高的AlN外延膜，為后續(xù)研究提供了重要的基礎(chǔ)。
　　系統(tǒng)地探討了GaN/AlGaN超晶格異質(zhì)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)過(guò)程中，生長(zhǎng)中斷法對(duì)界面的影響，針對(duì)不同的界面采用不同時(shí)間的中斷吹掃處理，使界面得以初步優(yōu)化。為了克服高溫下的元素界

4、面擴(kuò)散效應(yīng)的影響，采用第一性原理計(jì)算方法，構(gòu)建異質(zhì)界面的理論模型進(jìn)行模擬。計(jì)算結(jié)果表明，金屬元素的界面擴(kuò)散能力與界面兩側(cè)的組分濃度差呈正比關(guān)系。根據(jù)模擬結(jié)果，我們提出采用超薄阻擋—補(bǔ)償插層技術(shù)來(lái)生長(zhǎng)GaN/AlGaN超晶格，以有效抑制界面處的Al原子高溫?cái)U(kuò)散，減少擴(kuò)散深度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，通過(guò)參數(shù)優(yōu)化，該技術(shù)可有效提高GaN/AlGaN超晶格異質(zhì)界面的陡峭度和量子阱上下界面的對(duì)稱性，從而獲得了高質(zhì)量的GaN/AlGaN超晶格結(jié)構(gòu)材料。

5、r>　　基于第一性原理計(jì)算，研究了InN/InGaN異質(zhì)材料的電子結(jié)構(gòu)。計(jì)算結(jié)果表明，價(jià)帶頂呈現(xiàn)量子特性，而導(dǎo)帶底則呈現(xiàn)出體材料相似的能量色散。導(dǎo)帶底的電子軌道涵蓋了整個(gè)InN阱層，有助于電子和空穴的交疊，增強(qiáng)輻射復(fù)合。采用MOVPE技術(shù)制備InN/InGaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)，探索了InN/InGaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)溫度生長(zhǎng)條件，并確定了阱壘同溫的優(yōu)化生長(zhǎng)工藝。利用XRD和AFM表征和分析了InN/InGaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的形貌、晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示該結(jié)構(gòu)完整