论文部分内容阅读
InGaN材料在光电材料和光电器件方面有着重要的应用前景。尤其是随着半导体照明和太阳能电池技术的发展，InGaN材料的研究受到人们越来越多的关注。但由于InGaN材料自身特性，导致高质量InGaN材料生长困难。因此研究InGaN材料生长特性，改善InGaN材料性能，获得高质量InGaN材料成为研究人员的共同目标。本文即是在这样背景下对InGaN材料生长和性能进行了深入研究。研究内容如下:
采用MOCVD生长方法，研究了不同的生长条件对InGaN外延层材料性能的影响。
1.通过对GaN基底上生长InGaN外延层的生长速率的研究，我们发现高的生长速率不利于InGaN外延层的表面形貌和晶体质量，但却能够增加铟组分的并入。高的生长速率会使原子迁移时间变短，导致反应原子在薄膜的某一地方聚集，使得薄膜表面形貌变得粗糙不平整。此外高的生长速率还会引入很多缺陷降低晶体质量。而低的生长速率则能够改善表面形貌和晶体质量，得到高质量的InGaN外延层，但会减少铟组分的并入。
2.通过对GaN基底上生长InGaN外延层的生长温度的研究，我们发现InGaN外延层中铟组分的并入量主要是由温度来控制的，高温生长不利于铟组分的并入，但却能够提高晶体质量，改善表面形貌。而低温生长则能够大幅提高铟组分的并入量，但同时牺牲了外延层的晶体质量。
3.通过对GaN基底上生长InGaN外延层的生长厚度研究，我们证实了InGaN材料弛预现象的存在。随着InGaN材料厚度的增加，外延层中的应力逐渐释放，造成晶体质量和材料性能会逐渐变差。
采用MOCVD生长方法，研究了插入层技术对InGaN外延层材料性能的影响。
4.我们研究了两种不同形式的插入层:固定组分和渐变组分插入层，对InGaN外延层材料性能的影响。我们发现两者都可以通过减少GaN基底和InGaN外延层之间的应力，来增加InGaN外延层中铟组分的并入。但两者作用原理和作用效果是不一样的。渐变组分插入层除了降低InGaN外延层中的压力，增加InGaN外延层中铟组分的并入外，还能够改善表面形貌和晶体质量。通过实验和理论分析我们发现这主要是由于渐变组分插入层在GaN基底和InGaN外延层之间起到了很好的桥梁过度作用，减小了晶格适配，降低失配位错的数量和位错的传递数量，并且生长过程不存在中断，所以能够很好地改善外延层晶体质量和表面形貌，而固定组分的插入层则没有这种效果。