非极性AlGaN基量子阱的外延生长及表征.pdf

摘要 摘 要 ̅ 非极性AlGaN 材料在制备深紫外发光二极管方面具有很大的潜力，而非极性（1120 ） a 面AlGaN 基多量子阱的制备及理论研究更具有重要的科学意义和实验价值。本论文采 用金属有机化合物化学气相沉积脉冲生长技术对非极性a 面AlGaN 材料的生长进行了 系统的研究，成功制备出发光波长为279.2 nm 的非极性a 面AlGaN 基多量子阱。本论 文的主要研究内容和成果如下： ̅ （1）采用不同的生长法在半极性 （1012 ）r 面蓝宝石衬底上分别制备了多种非极性 a 面 AlGaN 外延层样品，发现相较于传统连续生长法，双路脉冲生长法能有效抑制 MOCVD 生长过程中三甲基铝与氨气之间强烈的预反应，使外延层的表面形貌得到明显 改善，在200 ~ 400 nm 波段的相对透光率也提高了36.9% 。 （2 ）研发了调制脉冲生长法。通过调节氨气脉冲时间占空比，探究了非极性 a 面 Al0.34Ga0.66N 外延薄膜的优化生长条件。研究结果表明，采用调制脉冲生长法能有效减 少合金外延生长时的竞争吸附现象，提高Al 原子的并入效率。事实上，非极性a 面AlGaN 外延层表面的典型三角坑缺陷明显减少，其自由激子发光效率也得到了有效提升。 （3 ）使用改良的脉冲生长法生长了不同Al 组分的非极性a 面AlGaN 薄膜，并研 发了双重氮化技术。研究结果表明，通过采用脉冲生长法可以精细调控非极性a 面AlGaN 外延层的Al 组分，使AlGaN 量子阱和势垒材料的组分分布均匀。此外，通过对蓝宝石 衬底和低温AlN 成核层进行适当的氮化处理，得到了表面粗糙度均方根为 1.54 nm 的光 滑外延表面，使异质结界面陡峭的非极性a 面AlGaN 基多量子阱的制备成为可能。 （4 ）基于上述多种研发的生长技术，成功制备了发光波长为279.2 nm 的内量子效 率高达39%的非极性a 面AlGaN 基多量子阱。同时，通过测试变激发功率光致发光光 谱可以发现，量子阱样品的发光峰位并未因激发功率的大幅增加而发生任何蓝移，证明 本研究制备的非极性 AlGaN 基多量子阱的能带未出现弯曲现象，即完全消除了量子限 制斯塔克效应的影响。 关键词：非极性a 面AlGaN ，量子阱，金属有机化合物化学气相沉积，脉冲生长. Abstract Abstract Non-polar a-plane AlGaN-based films are potential materials for the fabrication of deep ultraviolet light emitting diodes (DUV-LEDs), and therefore it has an extraordinary scientific significance and practical value to perform growth and theoretical research on the non-polar ̅ (1120) a-plane AlGaN multiple quantum wells (MQWs). In this thesis, the non-polar a-plane AlGaN-based materials were grown with various pulsed-flow methods by using metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) technology. In particular, the non-polar a-plane AlGaN MQWs with an emission wavelength of 279.2 nm were successfully fabricat