论文部分内容阅读
基于AlGaN材料制备的深紫外发光二极管(DUV-LED)具有高能效、无污染等特点成为传统汞灯的理想替代者之一。本论文采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)技术在半极性r面蓝宝石衬底上外延生长了高质量非极性a面AlGaN材料，并成功制备出发光波长为280nm的非极性AlGaN基多量子阱(MQWs)，为制备高光效的非极性AlGaN基DUV-LED奠定了坚实的基础。本论文的主要研究内容如下：
1、通过采用两路脉冲生长技术，有效抑制了AlGaN材料在外延生长时三甲基铝(TMAl)与氨气(NH3)之间强烈的气相预反应，显著提高了非极性AlGaN外延层的表面形貌与相对光透过率。相较于传统连续生长法，使用两路脉冲生长法生长的非极性Al0.68Ga0.32N外延层的表面粗糙度均方根(RMS)值从15.08nm降低至1.79nm。研究还发现，基于该两路脉冲生长技术但经过进一步改进后的TMAl占空比调制生长法，可以更有效地调控非极性AlGaN外延层的Al组分。
2、使用改进的原位插入层生长方法，可以在免掩膜工艺的前提下进行AlGaN基材料的侧向外延生长。该方法不仅可以有效释放外延层中的应变，从而显著提高非极性AlGaN基材料的晶体质量，抑制晶体质量的各向异性，而且，也能使非极性AlGaN基材料表面典型的倒金字塔形缺陷密度获得明显降低。
3、对双重氮化生长方法进行了深入的研究，即分别对蓝宝石衬底和低温(LT)AlN成核层的氮化参数进行了优化。研究发现，对蓝宝石衬底进行合适的氮化，可以形成具有一定密度和高度的AlN晶核，该AlN晶核对后续的外延生长起到了关键性的作用。通过仔细优化关于蓝宝石衬底与LT-AlN的氮化参数，成功将非极性Al0.53Ga0.46N外延层的RMS值降低至1.54nm，完全达到外延生长多量子阱结构的要求。
4、基于研发的TMAl占空比调制生长技术与优化后的双重氮化参数，成功在r面蓝宝石衬底上生长获得高内量子效率(IQE)的非极性深紫外AlGaN基MQWs，并测得在发光波长为279.2nm时的IQE高达39%。同时，通过测量变功率光致发光光谱可以发现，即使在激发功率从6.8×103W/cm2大幅增加至2.1×105W/cm2时，本研究制备的非极性AlGaN基MQWs的发光峰并未出现任何蓝移，证明本研究生长的非极性AlGaN基MQWs完全消除了量子限制斯塔克效应(QCSE)。
1、通过采用两路脉冲生长技术，有效抑制了AlGaN材料在外延生长时三甲基铝(TMAl)与氨气(NH3)之间强烈的气相预反应，显著提高了非极性AlGaN外延层的表面形貌与相对光透过率。相较于传统连续生长法，使用两路脉冲生长法生长的非极性Al0.68Ga0.32N外延层的表面粗糙度均方根(RMS)值从15.08nm降低至1.79nm。研究还发现，基于该两路脉冲生长技术但经过进一步改进后的TMAl占空比调制生长法，可以更有效地调控非极性AlGaN外延层的Al组分。
2、使用改进的原位插入层生长方法，可以在免掩膜工艺的前提下进行AlGaN基材料的侧向外延生长。该方法不仅可以有效释放外延层中的应变，从而显著提高非极性AlGaN基材料的晶体质量，抑制晶体质量的各向异性，而且，也能使非极性AlGaN基材料表面典型的倒金字塔形缺陷密度获得明显降低。
3、对双重氮化生长方法进行了深入的研究，即分别对蓝宝石衬底和低温(LT)AlN成核层的氮化参数进行了优化。研究发现，对蓝宝石衬底进行合适的氮化，可以形成具有一定密度和高度的AlN晶核，该AlN晶核对后续的外延生长起到了关键性的作用。通过仔细优化关于蓝宝石衬底与LT-AlN的氮化参数，成功将非极性Al0.53Ga0.46N外延层的RMS值降低至1.54nm，完全达到外延生长多量子阱结构的要求。
4、基于研发的TMAl占空比调制生长技术与优化后的双重氮化参数，成功在r面蓝宝石衬底上生长获得高内量子效率(IQE)的非极性深紫外AlGaN基MQWs，并测得在发光波长为279.2nm时的IQE高达39%。同时，通过测量变功率光致发光光谱可以发现，即使在激发功率从6.8×103W/cm2大幅增加至2.1×105W/cm2时，本研究制备的非极性AlGaN基MQWs的发光峰并未出现任何蓝移，证明本研究生长的非极性AlGaN基MQWs完全消除了量子限制斯塔克效应(QCSE)。