Ⅲ族氮化物量子点的MOCVD外延生长研究

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InGaN量子点与GaN量子点对于提高可见光与紫外区域的发光器件(包含发光二极管和激光二极管)的效率和性能具有重要意义,同时也是制备量子计算单元、探测器和单光子源的重要材料。InGaN量子点是制备高效率太阳能电池的优质材料结构。本论文利用MOCVD(金属有机化学气相沉积)方法,探索了InGaN/GaN与GaN/AlN量子点单层结构的生长工艺,以实现对量子点尺寸、形状、分布均匀性和密度的控制。主要研究内容如下:首先使用HT-AlN/LT-AlN结构作为缓冲层,制备了高晶体质量的GaN模板,以及利用PALE方法生长了低表面粗糙度、低缺陷密度的AlN模板。其次研究了InGaN薄膜表面形貌的演变。InGaN薄膜上出现了类似花瓣形状的团簇,这可能是产生于应力的积累与变化。同时研究了温度、MO源流量等生长参数对表面形貌的影响,发现温度与TMIn流量发挥关键作用。然后研究了InGaN量子点的生长。首先在700°C下,生长出低密度InGaN量子点,密度约4×108cm-2,平均直径76nm,平均高度8.5nm;然后在600°C下生长出高密度InGaN量子点,密度约1.6×1010cm-2,平均直径42nm,平均高度4.2nm。更进一步研究了生长温度,NH3流量,TMIn流量,退火(环境、时间、温度),对量子点生长的影响。并发现生长中断方法是调控量子点尺寸和密度的一种有效方式。最后研究了GaN量子点的生长,使用液滴外延方法,即Ga液滴氮化转变成GaN量子点。Ga液滴出现两种尺寸大小分布,Ga液滴的密度约6.3×1010cm-2,直径范围是18-39nm,高度范围是2-12nm。还研究了高温退火对GaN量子点的影响,发现高温退火后,GaN量子点的尺寸和密度都降低了。最后在GaN量子点上生长一层AlGaN覆盖层。
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