藍寶石圖形襯底上MOCVD定向控制生長半極性(11-22)GaN研究

《藍寶石圖形襯底上MOCVD定向控制生長半極性（11-22）GaN研究》是依託北京工業大學，由邢艷輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：藍寶石圖形襯底上MOCVD定向控制生長半極性(11-22)GaN研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：邢艷輝
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

本項目研究在r－面藍寶石圖形襯底上製備半極性（11-22）GaN材料MOCVD生長技術，具體的研究內容是在GaN材料半極性面的MOCVD定向控制生長技術和採用圖形襯底降低位錯密度。提出了一種新的兩步解決問題的研究方法，即一是通過掌握生長條件與不同晶向生長速率的關係以解決孿晶問題，二是通過定向生長技術與圖形襯底技術結合以解決目前半極性GaN材料生長中存在的孿晶及位錯密度高的問題。製備的半極性（11-22）GaN材料方位角在平行和垂直於c-方向的X衍射曲線峰值半高寬分別不高於750arcsec，450arcsec，表面粗糙度不大於5nm。本課題的研究對解決目前GaN材料的極化問題，提高GaN基發光二極體性能，擴展GaN基材料的發射波長到橙黃光波段具有重要意義。

結題摘要

GaN基極化是外延材料沿極軸方向生長時產生的，研究較成熟的GaN基材料是在c－面藍寶石襯底上沿[1000]極軸方向外延生長，GaN材料中極化是自發極化和壓電極化的和，達到MV/cm數量級。極化場使得半導體材料能帶彎曲，電子空穴波函式空間上分離，對於帶間發射（吸收）器件，躍遷幾率下降，發光的量子效率下降。解決極化問題，從晶體結構上有效的方法是使c 軸位於生長面內，在垂直於極軸[1000]方向或成一定角度的外延生長非極性或半極性GaN材料。因此本項目開展了半極性（11-22）面GaN研究，項目組成員科學分析了半極性（11-22）面GaN在藍寶石襯底上外延生長模式、生長理論，制定了半極性（11-22）面GaN生長方案，最佳化了緩衝層外延生長參數（外延溫度、V/III、厚度等），利用MOCVD等工藝技術，採用兩步生長法，利用InN島和InGaN插入層等技術，實現了GaN生長各向異性的定向控制，製備出高質量的（11-22）面GaN材料。利用XRD，AFM，SEM，Raman和PL等綜合測試技術，研究了外延參數的變化對材料特性的影響。所製備(11-22)面GaN薄膜材料X射線衍射回擺曲線峰值軸向面沿（11-2-3）和沿（-1100）晶向FWHM分別半高寬分別0.3702°，0.419°，取得了與國際期刊報導的相當結果。在各向異性的定向控制方面，製備出高質量的（11-22）面GaN軸向面方位角φ=0°和φ=90°時XRD的FWHM相差最小為0.0499°，該結果表明軸向面沿（11-2-3）和沿（-1100）晶向各向異性得到較好的控制。研究所製備樣品表面粗糙度為4.31nm，實現了半極性（11-22）面綠光InGaN/GaN的多量子阱發光。極化問題的解決對GaN基具有量子阱結構如雷射器、探測器等器件的研究具有更深遠的意義。