半极性AlGaN基紫外LED关键制备技术的研究.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TN304.2密级：公开UDC：535学号：149634半极性AlGaN基紫外LED关键制备技术的研究研究生姓名：代倩导师姓名：张雄(外籍)教授申请学位类别工学博士学位授予单位东南大学一级学科名称光学工程论文答辩日期2018年月日二级学科名称学位授予日期2018年月日答辩委员会主席教授评阅人盲审2018年月博士学位论文半极性AlGaN基紫外LED关键制备技术的研究专业名称：光学工程研究生姓名：代倩导师姓名：张雄(外籍)教授本论文获得东南大学中央高校基本科研业务费专项资金和江苏省

2、重点研发计划(BE2015159)以及江苏省普通高校研究生科研创新计划(KYLX16_0189)资助。KEYFABRICATIONTECHNOLOGIESFORSEMI-POLARALGAN-BASEDULTRAVIOLETLIGHT-EMITTINGDIODEADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBYDAIQianSupervisedbyProf.ZHANGXiongScho

3、olofElectronicsScienceandEngineeringSoutheastUniversityJanuary2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授

4、权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要近年来，AlGaN

5、基紫外发光二极管(UV-LEDs)因其在杀菌消毒、水/空气净化、紫外固化等众多领域的应用前景而受到广泛关注。然而，受制于量子限制斯塔克效应(QCSE)，传统的极性AlGaN基UV-LED的内量子效率(IQE)很低。而半极性AlGaN材料的生长方向和极化电场方向存在一定夹角，因而能够有效地抑制QCSE，从而有望提高半极性AlGaN基UV-LEDs的IQE。因此，对半极性AlGaN材料的生长及性质的研究就显得至关重要。本论文采用低压金属有机化合物化学气相沉积(LP-MOCVD)系统在非极性(101̅0)m面蓝

6、宝石衬底上生长了半极性(112̅2)面AlGaN薄膜，并围绕(112̅2)面n型AlGaN薄膜、(112̅2)面多量子阱(MQWs)以及(112̅2)面p型AlGaN薄膜等一系列半极性AlGaN基UV-LED的关键制备技术进行了研究。本论文的主要研究内容和取得的具体研究成果如下：1.在非极性(101̅0)m面蓝宝石衬底上生长了半极性(112̅2)面AlGaN薄膜，并重点研究了外延层结构、氮化时间以及生长压力对(112̅2)面AlGaN外延层性质的影响。通过优化生长工艺，获得了表面形貌好、晶体质量高且背景载

7、流子浓度低的(112̅2)面AlGaN薄膜。此外，生长了Al组分变化范围为0.08-0.66的(112̅2)面AlGaN薄膜，并系统地表征了其表面形貌、晶体质量及光学性质。研究结果表明，外延层的表面粗糙度随着Al组分的增加而逐渐降低，而外延层的晶体质量则随着Al组分的增加略微有所下降。2.系统地研究了SiH4的摩尔流量对半极性(112̅2)面n-Al0.45Ga0.55N薄膜性质的影响。研究结果表明，适宜浓度的Si掺杂有利于外延层中压应力的释放，促进了位错运动，使得位错连接直至合并湮灭，从而提高半极性n-

8、AlGaN薄膜的晶体质量；但过量的Si掺杂会形成新的位错中心，并抑制位错运动，最终导致(112̅2)面n-AlGaN晶体质量的劣化。此外，当SiH194的摩尔流量为8.93nmol/min时，样品获得了高达1.93×10cm−3的电子浓度。3.成功制备了发光波长为279nm的半极性(112̅2)面Al0.39Ga0.61N/Al0.55Ga0.45NMQWs，并重点研究了In表面活性剂对量子阱性质的影响。研究结果表明，In表面