论文部分内容阅读
本文利用MOCVD方法制备高Al组分的AlGaN(Al组分约50％)外延层，并对外延薄膜材料的结构性质和光学性质进行了深入的分析。将原子层外延方法应用到AlN和AlGaN薄膜材料的生长中，研究其生长机制和影响因素。此外，对材料的极性和表面化学特性进行了深入系统的研究。本论文主要包括以下内容：
1.研究了生长参数对AlGaN外延层的影响，得到生长参数影响的一般性规律。采用原子层外延生长工艺来生长AlN和AlGaN外延层，研究了采用多种材料结构和不同生长参数对外延薄膜的影响，大大改善了材料的表面形貌，抑制了TMA和NH3之间的预反应。证明采用高温AlN层+原子层外延AlN层+原子层外延AlGaN层的结构所得到的AlGaN外延层的表面形貌和晶体质量最佳，预反应也得到很好的抑制。
2.利用CL，TEM等研究了AlGaN薄膜材料的结构和光学性质，发现用常规MOCVD技术生长的高Al组分的AlGaN材料存在水平方向的组分不均匀现象，而在生长方向相对比较均匀；采用原子层外延生长的AlGaN薄膜则在生长方向出现了组分调制现象，这是由于Al原子的表面迁移速率增大引起生长模式和表面形貌变化造成的。此外，二种不同方法生长的薄膜的光学性质也有很大的差别。我们认为，采用原子层外延的含Al薄膜在能量为2.5eV-4.0eV处发现的宽发光峰，可能与材料中O含量有关。
3.通过湿法腐蚀，扫描电子显微镜观测研究了样品表面的极性，揭示了不同腐蚀条件对不同表面极性样品的形貌的影响，指出氮化衬底的时间以及是否采用原子层外延生长对材料的极性选择有着重要的影响。分析了不同极性材料的表面光学性质以及表面化学特性，发现N极性的材料发光强度高，且表面极其容易吸附O，而Al(Ga)极性的材料发光强度低，表面比较稳定。
4.研究了AlGaN材料表面的氧化特性，通过x射线光电子能谱(XPS)，光致发光(PL)，以及原子力显微镜(AFM)观察等，发现AlGaN样品放置在空气中时氧化对薄膜性质影响很大。随着样品Al组分增加，放置时间加长，氧化程度加剧，带边发光强度减弱，杂质发光强度大大增强，表面形貌发生很大变化。生长很薄的GaN盖层有效地抑制了表面的氧化。