AlInGaN薄膜及GaN基DBR的生長和特性研究.pdf

1、III族氮化物(GaN，AlN及InN)半導(dǎo)體材料具有優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)特性，已引起人們廣泛的關(guān)注和研究。特別是在任意組分下都具有直接帶隙的AlInGaN四元材料在高效率短波長發(fā)光器件和電子器件領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，目前正逐漸成為繼三元氮化物材料之后國際上新的研究熱點(diǎn)。另一方面，GaN基垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)一直是III族氮化物器件研究的前沿課題，而高反射率氮化物分布布拉格反射鏡(DBR)作為GaN基VCSEL的重要組成部分，

2、其性能和結(jié)構(gòu)也一直被改良和優(yōu)化。本論文主要以AlInGaN材料的生長和GaN基DBR的制備兩個(gè)方面為研究對象，詳細(xì)研究了利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)方法在藍(lán)寶石C面襯底上制備AlInGaN薄膜的生長條件和樣品的表面、結(jié)構(gòu)及光學(xué)性質(zhì)，設(shè)計(jì)并制備了高反射率且表面平整的AlN/GaN DBR。具體的研究內(nèi)容和相應(yīng)結(jié)果有以下幾個(gè)部分： 1、研究了AlInGaN薄膜的MOCVD生長特性。重點(diǎn)研究了不同生長溫度下AlInGaN材

3、料表面形貌的變化及成因，實(shí)驗(yàn)上直接證明了不同厚度的AlInGaN薄膜內(nèi)存在的組分拉伸現(xiàn)象(composition pulling effect)。發(fā)現(xiàn)反應(yīng)室壓強(qiáng)與AlInGaN材料組分及其均勻性有密切的關(guān)系。 2、確認(rèn)了低溫AlN插入層對AlInGaN材料中應(yīng)力和表面形貌的影響。 3、分析了不同生長溫度下AlInGaN薄膜的生長機(jī)制并提出了相關(guān)的生長模型，通過調(diào)整生長溫度，成功制備出a軸晶格匹配的AlInGaN/GaN異

4、質(zhì)外延結(jié)構(gòu)。 4、理論上模擬了折射率、周期數(shù)和各層厚度偏差對GaN基DBR結(jié)構(gòu)反射特性的影響，為后續(xù)的GaN基DBR結(jié)構(gòu)的生長和設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)和依據(jù)。生長了AlInGaN/GaN DBR結(jié)構(gòu)，研究了生長溫度和GaN緩沖層厚度對AlInGaN/GaN DBR表面和結(jié)構(gòu)的影響。 5、通過使用較薄的GaN緩沖層，低溫AlN插入層和DBR中AlN層摻入In三種手段，利用MOCVD方法生長了具有高折射率差的AlN/GaN DB