用于非極性紫外LED的a-AlGaN薄膜的MOCVD生長(zhǎng)研究.pdf

1、AlGaN基紫外LED在化學(xué)檢測(cè)、水凈化、消毒、環(huán)保、紫外通訊、白光照明等諸多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。然而傳統(tǒng)的c面AlGaN LED中存在極強(qiáng)的極化電場(chǎng)，極化電場(chǎng)來(lái)自于沿c方向的自發(fā)極化和壓電極化。這種極化電場(chǎng)對(duì)LED是有害的，極化電場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致電子和空穴的波函數(shù)在空間上分離，這種分離導(dǎo)致電子和空穴的復(fù)合幾率降低，從而導(dǎo)致AlGaN基LED的內(nèi)量子效率下降。生長(zhǎng)與極化電場(chǎng)方向相垂直的a面或m面的非極性材料能避免極化電場(chǎng)對(duì)

2、量子阱能帶的影響。然而，非極性材料面內(nèi)存在極強(qiáng)的各向異性，導(dǎo)致薄膜中位錯(cuò)和堆垛層錯(cuò)密度很大，薄膜表面非常粗糙，想要獲得高質(zhì)量且表面光滑的非極性材料十分不容易。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了r面藍(lán)寶石襯底氮化工藝對(duì)a-GaN薄膜的影響，通過(guò)對(duì)比氮化與沒(méi)有氮化的襯底上生長(zhǎng)的 a-GaN晶體質(zhì)量和表面性能，討論了氮化在薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中的作用。⑵研究了低溫AlN成核層和高溫AlN成核層分別對(duì)a-Al0.1Ga0.9N薄膜的影響，發(fā)現(xiàn)高溫

3、AlN成核層上生長(zhǎng)的a-Al0.1Ga0.9N薄膜晶體質(zhì)量和表面性能更好，優(yōu)化了高溫AlN成核層的厚度，高溫AlN成核層在40 nm厚度時(shí)的晶體質(zhì)量和表面性能最好。⑶適量升高生長(zhǎng)溫度能提高薄膜的晶體質(zhì)量，但溫度過(guò)高又會(huì)導(dǎo)致 Al0.1Ga0.9N分解，形成坑洞，a-AlGaN最合適的生長(zhǎng)溫度在1010℃到1030℃之間。⑷增加Al0.1Ga0.9N薄膜的厚度不能很明顯地改善沿c方向的晶體質(zhì)量，m方向的晶體質(zhì)量能得到一定程度的改善。同時(shí)，

4、薄膜的各向異性隨著厚度的增加也能得到改善。⑸采用V/III分成三步逐漸減小的方法生長(zhǎng)a-Al0.1Ga0.9N可以獲得很平整的表面，其均方根粗糙度為1.29nm。⑹在成核層與 a-Al0.1Ga0.9N之間插入 AlN/Al0.1Ga0.9N超晶格能有效改善a-Al0.1Ga0.9N薄膜的晶體質(zhì)量，當(dāng)超晶格周期數(shù)為20時(shí)，測(cè)得（1120）面內(nèi)沿c方向半高寬為673 arcsec，沿m方向的半高寬為1101arcsec。⑺在摻雜方面，優(yōu)化