GaN基发光管材料的MOCVD生长研究

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1、北京工业大学博士学位论文GaN基发光管材料的MOCVD生长研究姓名：牛南辉申请学位级别：博士专业：微电子学与固体电子学指导教师：沈光地20061001!：!奎三：：!：銮：三：里主：竺兰三!!，貌变差，自由空穴浓度降低，也会使器件电学特性变差。因此生长器件的p-GaN盖层对，Mg流量应精确控制。p-GaN生长温度的降低有利于提高LED器件的发光强度。在低温范围870．980℃生长P．OaN，用霍尔技术测量其电学性能，发现当温度低于900℃时，材料电阻较高：在900-,980℃都可获得导电性能良好的P型氮化镓，并对低温

2、p-GaN的生长条件如Mg掺杂浓度、V／III比进行优化：采用优化的p-GaN材料制作绿光LED：h器：件，发现：生长温度越低，LED发光强度越高，反向电压越高，但正向电压稍高。对6掺杂制备的p-GaN进行了详细研究。发现采用6掺杂后p-GaN样晶的表面形貌平整，缺陷密度小，呈现高的导电特性，说明6掺杂对缺陷的蔓延有抑制作用：对预通氨处理技术作了深入研究，发现预通氨过程会引入载气中的。杂质，并且，过高的V／Ill比也会使表面钝化，不利于杂质Mg的掺入。对InGaN：Mg薄膜的生长进行了研究，结果表明：空穴浓度随着生长

3、温度的降低而增加：在相同的生长温度下，空穴浓度随掺Mg量的增加先增加后降低。通过对这两个生长条件的优化。我们在76&C，Mg／Ga／比2．2％0时制备出了空穴浓度高达2．4×10坤cm4的p”型_lnGaN：Mg薄膜。这对提高GaN基电子器件与光电子器件的性能具有重要意义。3．研究了生长气氛、生长温度、In／Oa比等生长条件对lnGaN／OaN多量子阱质量的影响。结果表明降低InGaN阱的生长温度可以有效增加阱层的In组分，使得光荧光峰值波长红移，但同时会降低多量子阱的光学质量；提高GaN垒的生长温度可以有效提高垒层

4、的晶体质量，进而改善多量子阱的光学质量；此外高的TMIn／"(1Mn+刑Ga)比会致使多量子阱的界面与光学质量下降。研究了生长停顿对InGaN／GaN多量子特性的影响，结果表明采用生长停顿，可以改善多量子阱界面质量，提高多量子阱的光荧光强度与电注入发光强度；但生长停顿的时间过长，阱的厚度会变薄，界面质量变差，不仅In组分变低，富111的发光中心减少，而且会引入杂质，致使电荧光强度下降。研究了多量子阱结构参数对其特性的影响，为优化有源区结构提供了依据。研究了应力对InGaN／GaN多量子阱特性的影响，并采用应力缓冲层技

5、术提高了多量子阱的质量。4．优化了生长参数，生长出了高质量的GaN基发光管外延片，并制作出了器件。在20mA的注入电流下，蓝光、蓝绿光以及绿光发光管的输出光功率为7．45、9．4和5．18mW，正向压降分别为3．4、3．64与3．65V。在350mA的注入电流下，蓝光大功率发光管的输出光功率为83roW，正向压降为3．56V。器件性能处于国内领先水平。关键词：金属有机化合物汽相淀积：氮化镓；掺杂：发光二极管外延片Inthisdissertation,wehaveinvestigatedtheMOCVDgrowthan

6、dpropertiesofGaNmaterialandGaN-basedLED．Themaincontentsofthisthesisareasfollowing：1．minfluencesofbufferlayer,theinitialV佃ratiosathi曲temperature，growthpressureandthemis-etttanglesofsapphiresubstrateonthepropertiesofGaNepilayersalestudied．TheautomatedEBSD、)l∞perf

7、ormedtodetectandmaptheelasticstrainintheGaN-sapphireinterface，thestronglystrainrelaxedl'egionwasproducedinthebufferlayer,andtheelasticstraingradientparalleltothegrowthdirection,thestrainl"d．tlgeisalsodetected．Increasingthegrowthpressure砒lowtemperaturegrowthstep

8、andtheinitialstageofhightemperaturegrowthstepCaltlincreasethesizeofGaNislandsandreducethedensityofnuclei．Atthes呦etime，decreasingtheinitialV皿ratiosathiglltemperature(3aNgrowt