论文部分内容阅读
在上世纪末，随着在材料质量和p型掺杂等方面的突破，GaN基半导体材料的研究和应用获得了突破性进展，其蓝绿光LED、LD已成功实现商品化生产。目前，由GaN基LED所引发的白光照明在全世界范围内已成为一个焦点产业。随着GaN材料研究在可见光范围内技术的成熟和器件的应用，铝镓氮(AlGaN)基材料和短波长紫外器件的研究逐渐成为氮化物半导体研究中的一个新热点。AlGaN是一种直接带隙三元半导体合金材料，室温下其禁带宽度随A1组分的不同可在3.4eV至6.2eV间连续变化。AlGaN材料大禁带宽度和高热导率的性质决定了它在高亮度白光发光器件、短波长激光器、日盲型紫外探测器和高温、大功率电子器件等方面有广阔的应用前景。本文针对以上研究热点，主要进行了以下工作：
1．利用MOCVD技术在c面蓝宝石衬底上采用低温A1缓冲层成功制备了无裂纹的全组分AlGaN薄膜。针对AlGaN材料的生长特点，通过改变TMGa的流量和采用较低的反应腔压强，使得A1的气相比例和固相组分近似成线性变化。低A1组分的AlGaN薄膜晶体质量较好，其室温CL谱呈现强烈的带边发射，并在其透射谱中观察到了Fabry-Parot振荡；但是随着A1组分的增高，AlGaN薄膜的X射线摇摆曲线半高宽增大，晶体质量显著下降，薄膜的表面形貌从准二维生长模式首先演变为三维岛状生长，而后演变为突起的针状结构。对应的AlGaN薄膜从单一的(0001)取向变为多晶取向。第二相产生的原因是AlGaN薄膜中逐渐增大的压应变和含A1基团低的表面迁移率。适当提高AlGaN薄膜的生长温度是解决这一问题的有效方法。
2．研究了不同生长温度的AlN缓冲层对c面蓝宝石衬底上Al0.38Ga0.62N薄膜的影响，深入分析了低温AlN缓冲层的成核机制和生长模式。通过外延层表面形貌和晶体结构的演化分析表明，在c面蓝宝石衬底上，在650℃附近生长低温AlN缓冲层有利于高质量AIGaN薄膜的准二维生长。
3．通过Si的重掺杂获得了n型的AlxGa1-xN(0≤x≤0.5)材料，载流子浓度最高达1.2×1019cm-3。通过不同Si掺杂浓度对材料晶体结构、电学输运和发光特性的影响，深入研究了Si在AlGaN中的掺杂机理。研究结果表明，少量的Si掺杂能够活化AlGaN薄膜表面，有效的释放AlGaN薄膜生长过程中所受到的压应力，提高AlGaN薄膜的晶体质量。
4．探索了利用MOCVD技术实现高Al组分AlGaN材料p型原位掺杂的研究，重点研究了Mg掺杂对Al0．5Ga0.5N薄膜光电特性的影响以及Mg掺杂Al0． 5Ga0.5N薄膜的发光机理。研究表明，Mg掺杂Al0.5Ga0.5N薄膜的在CL发光谱中出现了3.9eV的发光带，其发光机理为束缚的施主—受主对(DAP)间的辐射复合跃迁。在N2气氛下的高温热退火实验表明，高温热退火虽然能够优化Mg掺杂Al0.5Ga0.5N薄膜的表面形貌，但是由于Mg受主过高的激活能和杂质补偿效应，仍然很难获得p型材料。
5．开展了利用MOCVD方法制备AlGaN基分布式布拉格反射镜(DBR)的研究。创新地在高质量GaN支撑层上制备了中心波长在320nm，反射率高达93.5％的AlGaN基紫外波段DBR结构。