【摘 要】
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AlGaN基深紫外发光二极管(ultraviolet light emitting diodes,UV-LEDs)在消毒、医疗、水与空气净化、高密度存储等方面有着广阔的应用前景。现阶段的UV-LED大多是基于极性c面AlGaN材料,但是c面AlGaN材料中沿[0001]生长方向存在着较强的自发极化与压电极化电场,从而导致量子限制斯塔克效应(quantum confined Stack effect
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AlGaN基深紫外发光二极管(ultraviolet light emitting diodes,UV-LEDs)在消毒、医疗、水与空气净化、高密度存储等方面有着广阔的应用前景。现阶段的UV-LED大多是基于极性c面AlGaN材料,但是c面AlGaN材料中沿[0001]生长方向存在着较强的自发极化与压电极化电场,从而导致量子限制斯塔克效应(quantum confined Stack effect,QCSE),限制了器件的量子效率。相比之下,由于半极性面AlGaN材料的生长方向与极化电场方向有一定的夹角,所以材料中沿着生长方向的极化电场能够得到显著的抑制,因而成为制备UV-LEDs的理想材料。本论文采用金属有机化合物化学气相沉积(metal-organic chemical vapor deposition,MOCVD)技术在(10(?)0)m面蓝宝石衬底上生长了具有不同特性的半极性(11(?)2)面AlGaN外延薄膜,并对其性质进行了系统的表征与分析,同时还对半极性(11(?)2)面AlGaN外延薄膜的p型掺杂技术进行了较深入的研究。本论文的主要研究内容和成果如下:1.外延生长了具有不同MgN插入层与高温氮化铝(HT-AlN)缓冲层结构的半极性(11(?)2)面AlGaN薄膜,并采用原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)、霍尔(Hall)效应测试等表征手段,研究了插入层与缓冲层结构对外延薄膜中背景载流子浓度以及表面形貌的影响;2.系统研究了外延生长过程中反应室压力与V/Ⅲ比对半极性(11(?)2)面AlGaN外延薄膜中背景载流子浓度的影响,并结合光致发光(photoluminescence,PL)、Hall效应测试、AFM、高分辨率X射线衍射(high-resolution X-ray diffraction,HR-XRD)的表征结果,确定了半极性(11(?)2)面AlGaN材料中背景载流子浓度的决定性影响因素,即外延层生长时的各向异性强度。事实上,通过抑制外延层生长过程中的各向异性,可将背景载流子浓度从1.38×1019 cm-3大幅降低至4.20×1015 cm-3,达到了p型掺杂的要求;3.优化了p型掺杂生长参数,选择既可以有效地抑制背景载流子浓度,又可以获得较高晶体质量与较好表面形貌的参数进行了p型半极性(11(?)2)面AlGaN外延层的生长,得到Al组分为20%,空穴浓度4.1×1016 cm-3的外延薄膜。本论文所采用的p型掺杂的方式为改良的Mg-δ掺杂技术,重点研究了二茂镁(Cp2Mg)的流量对半极性(11(?)2)面AlGaN外延层电学性质的影响。
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