GaN-AIN超晶格半導(dǎo)體材料的脈沖MOCVD生長(zhǎng)以及表征研究.pdf_第1頁(yè)
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1、GaN/AlN超晶格結(jié)構(gòu)在光電探測(cè)器,激光器,遠(yuǎn)紅外發(fā)光器件上的用途越來(lái)越廣,生產(chǎn)低成本、低缺陷濃度、組分界面清晰的此類超晶格結(jié)構(gòu)成為限制其應(yīng)用的主要問(wèn)題。目前使用的MBE生長(zhǎng)方法,可以得到較好的超晶格界面。但是其成本巨大,生長(zhǎng)速率低,不利于大規(guī)模生產(chǎn)。而使用成本相對(duì)較低,適合商業(yè)生產(chǎn)的MOCVD生長(zhǎng)方法所淀積的GaN/AlN超晶格在材料質(zhì)量方面卻不如MBE出色,需要對(duì)其生長(zhǎng)方法進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。
   本文正是在這種背景下,將

2、GaN/AlN超晶格材料作為研究對(duì)象,主要研究了提高超晶格界面的生長(zhǎng)方法,超薄周期厚度的GaN/AlN超晶格在替代高Al組分AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)勢(shì)壘層方面的應(yīng)用等。
   具體成果與意義如下:
   首先,根據(jù)脈沖法的思路,并且結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)備的特點(diǎn),提出了一套獨(dú)特的生長(zhǎng)方式--單脈沖間斷生長(zhǎng),區(qū)別供氨法。即在超晶格生長(zhǎng)過(guò)程中,AlN薄層和GaN薄層使用氨氣量不同,每層薄層生長(zhǎng)過(guò)程中MO源脈沖一次,脈沖結(jié)束后有短暫的生長(zhǎng)

3、停頓時(shí)間,在這段時(shí)間仍然保持氨氣的持續(xù)通入。這種采用不同氨氣量的方法,可以保證不同薄層所需的最優(yōu)Ⅴ/Ⅲ比,有效提高超晶格結(jié)晶質(zhì)量。并且利用間斷的時(shí)間,不僅可以進(jìn)行MO源轉(zhuǎn)換和氨氣流量轉(zhuǎn)換,而且可以對(duì)薄層表面進(jìn)行氮化處理,進(jìn)一步提高薄層結(jié)晶質(zhì)量以及表面形貌。通過(guò)實(shí)驗(yàn),成功得到了表面形貌較好的超薄層周期厚度GaN/AlN超晶格。
   其次,研究了超薄周期厚度的GaN/AlN超晶格生長(zhǎng)溫度,通過(guò)兩組實(shí)驗(yàn),得到了適宜超薄周期厚度GaN

4、/AlN超晶格的生長(zhǎng)溫度。同時(shí),通過(guò)實(shí)驗(yàn),研究并分析了在高溫情況下,由于GaN發(fā)生了分解反應(yīng),導(dǎo)致整個(gè)超晶格材料結(jié)晶質(zhì)量下降。并且發(fā)現(xiàn)了低溫情況下,GaN層出現(xiàn)了表面塌陷(surface depression)現(xiàn)象,導(dǎo)致超晶格結(jié)晶質(zhì)量下降。
   再次,我們將超薄周期厚度的GaN/AlN超晶格材料使用到了AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)中,讓其替代原先的alloy-AlGaN勢(shì)壘層,即成為類AlGaN(quasi-AlGaN)勢(shì)壘層。在

5、本文中,GaN/AlN超晶格的等效Al組分達(dá)到45%,我們將該樣片和普通的alloy-Al0.45Ga0.55N/GaN異質(zhì)結(jié)進(jìn)行比較,實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出這種超晶格結(jié)構(gòu)具有更高的2DEG濃度和較高的耗盡電壓。并且通過(guò)實(shí)驗(yàn),我們得到了這種類勢(shì)壘層結(jié)構(gòu)將提高高Al組分的勢(shì)壘層臨界厚度這一結(jié)論。
   最后,我們通過(guò)一維自洽求解薛定諤/泊松方程,模擬研究了在使用超晶格做勢(shì)壘層的時(shí)候,不同等效Al組分,不同超晶格周期數(shù),不同超晶格周期厚度下的

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