AllnN材料的生长及其紫外LED的研制

论文摘要

GaN基材料的禁带宽度从0.7eV-6.2eV连续变化,其对应的辐射波长覆盖了紫外与可见光区域,因此其材料在航空、军事、民用等领域具有非常广泛的应用前景,其中采用GaN材料制作的器件已经在发光器件、激光器、光探测器以及高频和大功率电子器件中获得了广泛应用,但对于GaN基中三元合金材料AllnN,目前国外与国内研究比较少。本文在此基础上利用LP-MOCVD系统,在蓝宝石衬底上生长AllnN三元合金材料,目的为了研究材料生长过程中出现的物理与化学问题,为今后器件的制备提供科学依据。本文对三元合金材料AllnN生长机理进行了研究,对材料的性能进行了表征。通过理论设计并优化外延片结构参数,生长出了发光波长在338nm紫外发光芯片,目前国内还没有这样的报道。并获得了如下有创新和意义的研究结果:1:通过建立LED三维网络模型对流过GaN基LED的有源区电流分布进行了理论研究,结果表明不仅电极的分布位置影响电流大小与电流的分布均匀性外,材料的结构参数也会影响器件的发光特性。2:研究了In和Al流量变化对合金中In组份的影响,此结果表明:在相同温度和压强的生长条件下,In流量变化对合金中In组份影响不大,但Al流量变化对In组份影响很大。3:研究生长温度对AllnN外延材料中ln的组份影响,此结果表明:随着温度的增加,ln的组份减小,当温度超过785℃时,外延材料出现相分离现象。4:研究MOCVD生长室中压强变化对ln的组份影响,此结果表明:随着反应室生长压强的增加,ln的组份减小,当压强达到300Torr时合金中In元素含量几乎为零。5:对AllnN外延片中元素成份进行分析发现含有Ga元素,并对其来源进行了探讨,可能来源于:（1）反应室基座含有Ga元素污染杂质,（2）反应通道中Ga元素的残留物。6:生长出了与GaN品格相匹配的AllnN（Ga）合金材料,即无应变的材料。7:研制了目前国内几乎没人报道的发光波长为338nm与379nm的AllnN（Ga）紫外LED芯片。本论文得到国家自然科学基金和福建省自然科学基金的资助。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 Ⅲ族氮化物材料特性、生长工艺、特性表征及器件应用
• 1.1 引言
• 1.2 Ⅲ族氮化物的基本结构与性质
• 1.2.1 GaN基材料的基本结构
• 1.2.2 Ⅲ族氮化物的结构参数与带隙关系
• 1.3 GaN基材料的制备与特性表征
• 1.3.1 引言
• 1.3.2 MOCVD生长原理与源材料
• 1.3.3 材料表征
• 1.3.3.1 X射线双晶衍射技术（DCXRD）
• 1.3.3.2 原子力显微镜（AFM）
• 1.4 GaN基体材料的制备历史
• 1.5 GaN基器件研究进展
• 1.6 本论文工作的内容与安排
• 参考文献
• 第二章 LED电流分布的理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 GaN基LED的理论研究
• 2.2.1 GaN基LED结构网络模型及计算方法
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.3 小结
• 参考文献
• 第三章 与GaN晶格匹配的AlInN材料的外延生长及特性研究
• 3.1 与GaN晶格匹配的AlInN薄膜外延生长
• 3.1.1 不同厚度AlInN缓冲层对外延片晶体质量的影响
• 3.1.2 不同缓冲层的插入层对外延片晶体质量的影响
• 3.1.3 源的流量变化对外延片组份的影响
• 3.1.4 生长温度对外延材料的影响
• 3.1.5 生长室的压强对外延材料的影响
• 3.2 外延材料光学特性的研究
• 3.2.1 温度对光学特性的影响
• 3.2.2 压强对光学特性的影响
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 第四章 GaN基紫外LED材料的生长及其器件研究
• 4.1 GaN基紫外LED材料的生长
• 4.2 GaN基LED外延片性能测试
• 4.3 芯片制作过程
• 4.4 器件结果
• 4.5 小结
• 参考文献
• 第五章 结论
• 硕士期间发表的论文目录
• 致谢