原位SiNx處理改善InGaN-GaN量子阱晶體量與發(fā)光特性.pdf

1、由于存在比較大的晶格失配和熱失配，以藍寶石為襯底的GaN外延層位錯密度高，晶體質(zhì)量差，阻礙了GaN基器件性能的進一步提高。降低GaN外延層中的位錯密度，提高GaN材料的晶體質(zhì)量是提高相關(guān)器件性能的基礎(chǔ)，也是科研人員面臨的機遇和挑戰(zhàn)。
　　表面/界面改性技術(shù)可有效調(diào)控GaN和InGaN材料的生長行為及特性，通過對GaN基材料的不同生長階段（不同位置）進行SiNx處理，調(diào)控GaN的生長模式與應(yīng)力分布，可大幅降低GaN薄膜的位錯密度，明

2、顯改善其表面形貌，增強發(fā)光性能。國際上已開展了許多關(guān)于SiNx處理改善GaN薄膜性質(zhì)的研究，而SiNx預(yù)處理改善InGaN/GaN量子阱的研究仍然是個空白。本文在生長InGaN/GaN量子阱之前對GaN薄膜作原位SiNx處理，研究了SiNx插入層對InGaN/GaN量子阱的影響。研究表明，經(jīng)過適量SiNx預(yù)處理的樣品表面形貌更加平整，應(yīng)力變小，發(fā)光大幅增強。所做結(jié)果具體如下:
　　1) InGaN/GaN量子阱表面形貌得到改善。在

3、經(jīng)過適量SiNx處理的GaN薄膜上外延量子阱時，在富Ga的生長環(huán)境下，Si原子會傾向于替位亞表面的Ga原子，在表面形成Ga雙原子層，降低了Ehrlich-Schwoebel擴散勢壘。這種Ga表面活性劑作用能夠增加表面原子的擴散長度，促進層狀結(jié)構(gòu)生長，經(jīng)過適量SiNx預(yù)處理的InGaN樣品表面更加平整，表面粗糙度和表面坑密度降低。
　　2)適量SiNx預(yù)處理的InGaN樣品應(yīng)力減小。考慮到Ga、N、Si的原子半徑分別為1.26(A)

4、、0.75(A)、1.10(A)，如果Si原子替位N原子(SiN)或者形成間隙原子，會有較大的應(yīng)力產(chǎn)生，所以Si原子會傾向于替位Ga原子形成替位原子(SiGa)。SiGa可以促進GaN薄膜壓應(yīng)力的釋放。拉曼測試表明，經(jīng)過適量SiNx預(yù)處理的InGaN樣品的應(yīng)力比參考樣品減少了18％。
　　3)適量SiNx預(yù)處理的InGaN/GaN量子阱樣品應(yīng)力減小，晶體質(zhì)量提高，發(fā)光增強。能帶結(jié)構(gòu)分析表明，SiNx預(yù)處理可增加電子與空穴波函數(shù)的空