AlGaN基量子阱的界面陡峭技術及其增強量子限制效應

《AlGaN基量子阱的界面陡峭技術及其增強量子限制效應》是依託廈門大學，由蔡端俊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：AlGaN基量子阱的界面陡峭技術及其增強量子限制效應
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：蔡端俊
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

深紫外光電子器件已成為III族氮化物材料的科學和套用研究的新重點。但目前，AlGaN基深紫外LED的發光效率普遍還不到1%。其中的關鍵問題是如何增強有源層對載流子的量子限制效應，提高量子效率，而這就與量子阱界面的陡峭程度密切相關。本課題將通過研究高Al組份AlGaN生長動力學機理，探索量子阱界面元素互擴散問題及其控制技術，研究陡峭的界面形成的條件及其對材料光學性質的影響。採用MOCVD方法，在界面處理技術上，通過生長中斷、低溫插入層、擴散阻擋層等技術，提高界面的平整度和陡峭度，從而達到增強量子限制效應的目的。在表征技術上，採用HRTEM、HRXRD、AES等高分辨測試手段，深入研究量子阱界面處的擴散深度、界面陡峭度等性質，利用變溫陰極螢光－STM複合系統，結合第一性原理模擬計算，研究量子阱微區的量子能級間躍遷對發光效率的影響。揭示新規律、提出新技術，為深紫外器件的發展提供科學數據和技術支持

結題摘要

深紫外光電子器件已成為III 族氮化物材料的科學和套用研究的新重點。但目前，AlGaN 基深紫外LED 的發光效率普遍還不到1%。其中的關鍵問題是如何增強有源層對載流子的量子限制效應，提高量子效率，而這就與量子阱界面的陡峭程度密切相關。本課題通過研究高Al 組份AlGaN 生長動力學機理，探索量子阱界面元素互擴散問題及其控制技術，發現了AlGaN/GaN量子阱的上下界面，出現明顯不對稱的Al 元素擴散深度現象；通過實驗觀測和第一性原理計算等方法，研究量子阱界面處的擴散深度、界面陡峭度與AlGaN的組分在界面的梯度有直接關係，從而闡明了陡峭的界面形成的必要條件條件；採用MOCVD 方法，在界面處理技術上，首次提出超薄的低Al組分AlGaN擴散阻擋對層的技術，不僅有效提高界面的平整度和陡峭度，克服了長期以來困擾人們的極性材料界面擴散和高溫界面擴散的難題，實現了低於0.59 nm陡峭界面，從而達到增強量子限制效應的目的。此外，該重要思想和結果還套用到了GaN納米柱陣列的生長中，提出將In 浸潤層氮化為InN 殼層的技術，發現了N原子的反常隧穿現象，對納米柱側壁量子阱結構器件製造具有重要意義。該項目成果在國際前沿刊物上發表論文11篇；申請發明專利7項，其中1項關鍵專利已獲得授權；國際氮化物半導體和納米材料會議上進行邀請報告、口頭報告7次；培養博士2名，碩士3名。