GaN中的缺陷与杂质.PDF

第 2 1 卷 　第 1 期 物 　理 　学 　进 　展 Vol . 2 1 ,No . 1 　200 1 年 3 月 PRO GR ESS IN PH YSICS Mar . ,200 1 ( ) 文章编号 200 1 0 1000 111 GaN 中的缺陷与杂质 许小亮 　施朝淑 ( 中国科学技术大学物理系 ,合肥 　230026) S. Fung 　C. D . Beling (香港大学物理系 ,香港) 摘 　要 : 　GaN 是一种新型的宽禁带半导体兰色发光与激光材料 。GaN 中的缺陷和杂质对 于材料的电学输运特性和发光性能有着至关重要的影响 。本文综述了近年来对于 GaN 中缺 陷和杂质的理论与实验研究 。包括对天然缺陷与非特意性掺杂的研究 , 以及对离子注入所产 生的缺陷与深能级的研究 。 关键词 : 　GaN ;缺陷;杂质 ;深能级 中图分类号 : 　TN 304 . 2 + 3 ; 　O474 ; 　O484 　文献标识码 : 　A 0 　引　言 尽管J uza 和 Hahn 早在 1938 年就利用氨气通过热的镓金属生长出了微针类状的 [ 1 ] ( ) GaN ,但直到 1969 年才由Maruska 和 Tietj ne 利用化学气相沉积 CVD 技术在蓝宝石 衬底上生长出了较大面积的 GaN 薄膜[2 ] 。由此对 GaN 的应用研究在 1970 年代初期出 现了一个小小的热潮 。首先由 Pankove 等到人 1972 年利用 Zn 掺杂 GaN ,研制了第一只 ( ) [3 ] ( ) 兰光发光二极管 L ED ,这种二极管是 Min M :金属 ,i :绝缘体 ,n :n 型 GaN 结构 ,随 着发光区域掺杂浓度的改变而发出绿 、黄和红等不同颜色的光[4 ] 。Maruska 等于 1973 年 利用 Mg 掺杂研制了类似的可以发出紫光的 Min 结构[5 ] 。但这类结构的L ED 发光量 子效率很差 ,原因是一直没有找到行之有效的方法实现 p 型 GaN , 因而就不能长出高质 量的pn 结 ,这一问题使得人们对 GaN 薄膜作为激光二极管的开发前景持消极态度 。直 至 1988 年 Akasaki 等人应用低能电子束照射 Mg 掺杂的 GaN ,被照射区域神奇地由n 型 转变为p 型 ,第一个 p n 结的诞生使得发光效率大大提高[6 ] 。从理论上来说 ,Mg 对于 GaN 是属于受主杂质 ,但由于生长过程中使用的氨气分解 ,大量的氢在 GaN 中与 Mg 形 成 MgH x 复合体 ,从而使 Mg 受主的活性钝化 ,不解决钝化问题就不能实现反型 。电子 束的作用正是使 MgH x 复合体分解从而激活 Mg[7 ] 。1990 年代初期 , 中村小组采用 N2 收稿 日期 ;修收日期 基金项 目:香港政府科学基金资助项 目。中国科大归国人员基金和中国博士后基金委奖励基金资助项 ( ( ) ) 目 中博基 1999 No . 17 2 物 理 学 进 展 2 1 卷 气氛中退火方法 , 同样可以激活 Mg[ 8 ] 。至 1995 年 , 中村小组在研制开发高亮度的 GaN 基兰光和激光L EDs 方面取得重大进展[9 ,10 ] ,这一成功使得对 GaN 和 Ga