GaN-AIN超晶格半導(dǎo)體材料的脈沖MOCVD生長以及表征研究.pdf

1、GaN/AlN超晶格結(jié)構(gòu)在光電探測器，激光器，遠(yuǎn)紅外發(fā)光器件上的用途越來越廣，生產(chǎn)低成本、低缺陷濃度、組分界面清晰的此類超晶格結(jié)構(gòu)成為限制其應(yīng)用的主要問題。目前使用的MBE生長方法，可以得到較好的超晶格界面。但是其成本巨大，生長速率低，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。而使用成本相對較低，適合商業(yè)生產(chǎn)的MOCVD生長方法所淀積的GaN/AlN超晶格在材料質(zhì)量方面卻不如MBE出色，需要對其生長方法進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。
　　 本文正是在這種背景下，將

2、GaN/AlN超晶格材料作為研究對象，主要研究了提高超晶格界面的生長方法，超薄周期厚度的GaN/AlN超晶格在替代高Al組分AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)勢壘層方面的應(yīng)用等。
　　 具體成果與意義如下：
　　 首先，根據(jù)脈沖法的思路，并且結(jié)合實驗設(shè)備的特點，提出了一套獨特的生長方式--單脈沖間斷生長，區(qū)別供氨法。即在超晶格生長過程中，AlN薄層和GaN薄層使用氨氣量不同，每層薄層生長過程中MO源脈沖一次，脈沖結(jié)束后有短暫的生長

3、停頓時間，在這段時間仍然保持氨氣的持續(xù)通入。這種采用不同氨氣量的方法，可以保證不同薄層所需的最優(yōu)Ⅴ/Ⅲ比，有效提高超晶格結(jié)晶質(zhì)量。并且利用間斷的時間，不僅可以進(jìn)行MO源轉(zhuǎn)換和氨氣流量轉(zhuǎn)換，而且可以對薄層表面進(jìn)行氮化處理，進(jìn)一步提高薄層結(jié)晶質(zhì)量以及表面形貌。通過實驗，成功得到了表面形貌較好的超薄層周期厚度GaN/AlN超晶格。
　　 其次，研究了超薄周期厚度的GaN/AlN超晶格生長溫度，通過兩組實驗，得到了適宜超薄周期厚度GaN

4、/AlN超晶格的生長溫度。同時，通過實驗，研究并分析了在高溫情況下，由于GaN發(fā)生了分解反應(yīng)，導(dǎo)致整個超晶格材料結(jié)晶質(zhì)量下降。并且發(fā)現(xiàn)了低溫情況下，GaN層出現(xiàn)了表面塌陷(surface depression)現(xiàn)象，導(dǎo)致超晶格結(jié)晶質(zhì)量下降。
　　 再次，我們將超薄周期厚度的GaN/AlN超晶格材料使用到了AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)中，讓其替代原先的alloy-AlGaN勢壘層，即成為類AlGaN(quasi-AlGaN)勢壘層。在

5、本文中，GaN/AlN超晶格的等效Al組分達(dá)到45％，我們將該樣片和普通的alloy-Al0.45Ga0.55N/GaN異質(zhì)結(jié)進(jìn)行比較，實驗結(jié)果得出這種超晶格結(jié)構(gòu)具有更高的2DEG濃度和較高的耗盡電壓。并且通過實驗，我們得到了這種類勢壘層結(jié)構(gòu)將提高高Al組分的勢壘層臨界厚度這一結(jié)論。
　　 最后，我們通過一維自洽求解薛定諤/泊松方程，模擬研究了在使用超晶格做勢壘層的時候，不同等效Al組分，不同超晶格周期數(shù)，不同超晶格周期厚度下的