三维生长工艺对gan外延层质量和阱厚对ingangan多量子阱光学性能的影响

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3、的法律责任由本人承担。：地、论立作者签名：曰期疋夺韦：关于学位论女使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的包括：①学校有权保管、并向有关部口送交论文规定，其中巧用影印、缩巧或其它复制并保原件与复印；？学校可Ｗ采可允许学位论女被查阅或借閒；＠学校存学位论文；感学校＾术可１式学交流为目的，复制赠送和交换学位论论文；感学校可文在解密后ｔ乂公布学位论文的全部或部分内容（保密学位遵）。守此规定口。《‘：夺＾＂曰期：心签名马４９：如〇：日期／／，导师答名扛／．毛

4、＾叩ｉ１’太原理工大学硕士研究生学位论文三维生长工艺对GaN外延层质量和阱厚对InGaN/GaN多量子阱光学性能的影响摘要GaN基材料因其具有禁带宽度大、化学和热稳定性好、电子饱和漂移速度大和击穿电场强度大等特点广泛运用于功率器件、LD器件和LED器件。然而，GaN基材料的外延生长工艺和器件结构依然需要进一步优化。本文利用金属有机气相沉积（MOCVD）方法，在蓝宝石（Al2O3）衬底上生长了GaN基材料，研究了三维生长工艺对GaN外延层晶体质量和性能的影响，并对其生长机理进行了探讨；同时，理论模拟与实验相结

5、合研究了阱厚对InGaN/GaN多量子阱光学性能的影响及相关物理机制，具体的研究结果如下所述。利用MOCVD方法，分别通过改变生长过程中三维生长阶段的生长温度（1060℃-1080℃）和V/III比（1335-763），在蓝宝石衬底上生长了不同的GaN外延层。利用高分辨X射线衍射仪（HRXRD）、原子力显微镜（AFM）、光致发光光谱仪（PL）、霍尔测试仪（HALL)和拉曼光谱仪（Raman）分别对样品的位错密度、表面形貌、发光性质、电学性质和残余应力进行了分析。当三维生长温度分别为1060℃、1070℃和1080℃时，

6、外延层刃位错密度分别为5.09×108/cm3、3.58×108/cm3和5.56×108/cm3，呈现先减小后增大的现象，而螺位错密度变化不显著，分别为1.06×108/cm3、0.98×108/cm3和1.01×108/cm3，同时外延层残余应力分别为0.86GPa、0.81GPa和I太原理工大学硕士研究生学位论文0.65GPa，呈现逐渐减小的趋势。当三维生长V/III比从1335逐渐减小到763时，外延层刃位错密度由5.93×108/cm3减小至3.32×108/cm3，而螺位错密度变化不显著；同时外延层发光强度

7、逐渐增强，载流子浓度从8.31×1017/cm3减小至5.60×1016/cm3，而载流子迁移率从212cm2/vs增加至267cm2/vs。变温和变V/III比样品位错密度和性能的变化是由于三维生长温度和V/III比不同时，三维生长阶段岛状结构的长大和合并速率发生改变而导致的。在研究范围内经过优化后的三维生长温度和V/III比分别为1070℃和763。利用SiLENSe模拟软件对不同阱宽（1.5nm、2.0nm、2.5nm、3.2nm、4.0nm和5.0nm）InGaN/GaN多量子阱结构进行了PL模拟。在相同激发功

8、率密度下，随着多量子阱阱厚从1.5nm逐渐增加至5.0nm，阱层量子限制斯塔克效应增强，导致峰值波长发生红移。同一多量子阱结构，随着激发功率密度从1.4W/cm2增加至100W/cm2，光生载流子产生的与极化电场相反的屏蔽电场强度增加，阱层量子斯塔克效应减弱，导致峰值波长发生蓝移。此外，利用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长了具有不