非极性GaN材料的生长及退火温度研究.pdfVIP

摘 要 摘 要 由于常规的GaN 是在极性 c 面蓝宝石上面生长的，具有较强的极化效应， 它对于高电子迁移率的晶体管是有用的，但对于光电器件确实是危害很大的。 由极化引起的内建电场使能带产生弯曲倾斜，还会使正负载流子在空间上分离， 电子与空穴波函数交迭变小，辐射复合效率变低，从而影响材料的发光效率。 为了消除上述问题，可以生长非极性 a 面 GaN 材料但非极性 a 面 GaN 材料的生 长质量很差，位错密度高。基于此，本文做了如下研究： 1.通过自主研发的 MOCVD 系统在 r 面蓝宝石衬底上面生长了非极性 a 面 GaN 薄膜。通过研究温度和压力对非极性 a 面 GaN 生长质量的影响，发现在生 长温度为 1020 ，生长压力为 80Torr 时，生长的非极性 a 面 GaN 的质量相对较 好，位错较低。 2.为了降低 O 浓度，做出效果好的 p 型掺杂，本文提出了一种Ⅴ-Ⅲ比渐变 式的非极性 GaN 生长结构，Ⅴ-Ⅲ比分别为 1000,1580,2550。该结构生长的非极 性 a 面 GaN 材料质量和低Ⅴ-Ⅲ比时的非极性 a 面 GaN 材料质量相当。 3.对 Mg 掺杂的非极性 a 面 GaN 材料的退火温度进行了研究。研究发现在 750 退火时，表面形貌是最好的，光致发光谱中杂质浓度是最高的，载流子迁 移率是最大的。因此得出了非极性 a 面 GaN 材料的最佳退火温度大约在 750 左 右。 关键词：非极性 GaN 极化 MOCVD Ⅴ-Ⅲ比 退火温度 Abstract Abstract Due to the conventional GaN grown on polarity c surface sapphire substrate .It resulted with strong polarization effect which is useful for high electron mobility transistor .These polarization fields are undesirable for light emitting devices whose active regions consist of quantum wells, because the associated electric fields separate the electrons and holes at the opposite interface of the well and reduce the overlap of their wave functions. This result in a reduction of the recombination efficiency in light emitting devices .To eliminate the internal polarization fields, group III nitride layers have been recently grown on nonpolar planes, such as the a plane. However, extended defect densities in nonpolar a plane (11-20) GaN are very high. In this paper, we study the nonpolar GaN materials. The main innovative results are: 1. Using the home made MOCVD system, the high quality nonpolar a plane GaN crystal film with on r plane sapph