反应室气压调节对Mg掺杂GaN的影响

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GaN是一种宽禁带直接带隙半导体材料,室温下其禁带宽度大约为3.39eV,具有比较不错的物理和化学性质,是生产和制备高温高频微电子器件和可见光光源发光二极管(LED)和激光二极管(LD)的重要材料。在GaN半导体器件材料的制备中,p型GaN有着至关重要的地位,然而在非故意掺杂的情况下,传统工艺的p型有着很高的背景n型载流子浓度,而造成高背景的n型载流子浓度原因有很多种,如反应室压力、生长温度、气体流量、Ⅴ/Ⅲ比等。然而对反应室压力对p型GaN的生长研究至今还比较少,但是通过研究表明反应室压力对p型GaN的影响很大,所以对反应室压力的研究十分必要。本文通过设计并优化Mg掺杂的p型GaN外延片结构,利用MOCVD系统对Mg掺杂p型GaN的生长速率进行了探讨和研究,对材料的性能进行了表征,并初步研究了气压对Mg掺杂GaN中Mg并入量及空穴浓度的影响。获得的主要结果包括:1、利用Aixtron公司生产的AIXTRON CCS—MOCVD系统研了c面蓝宝石上生长Mg掺杂GaN的制备,生长出150,250,400和600mbar下的四个样品A、B、C和D,并对样品的光学和电学性质进行了研究,达到了比较理想的效果。2、用原位检测分析了p型GaN的生长速率随气压的变化关系。随着气压的升高,p-GaN的生长速率从970nm/h到510nm/h,呈下降的趋势。3、对样品进行了X射线摇摆曲线的半高宽测试和分析,分别测量了四个样品样品在(002)和(102)方向随反应室压力逐渐升高的半高宽变化数据,随着反应室压力升高,(002)面的FWHM从260.622arcsec增加到272.566arcsec,有增加的趋势,但是整体上变化并不大。(102)面的FWHM从340.763arcsec增加到423.522arcsec,整体上看增加幅度比较大,而且从150mbar-250mbar的变化过程中,(102)半高宽变化十分显著,而从250mbar-600mbar下变化不大。4、利用光致发光光谱研究了Mg掺杂GaN外延片的光学性质。通过反复测量,我们同样得到了比较强烈的发光峰,气压从150mbar-600mbar变化的过程中,样品的发光峰位从455.76nm句360.215nm发生偏移。5、对外延片进行了霍尔测试,由于600mbar下的样品电阻过大无法测的,气压从150mbar-400mbar的变化过程中载流子迁移率随气压的升高逐渐变大,电阻率先减小再增大,空穴浓度随着反应室气压的逐渐升高有先增大而后减小的变化趋势,并与PL光谱所显示的结果相吻合。
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