氮化镓中受主掺杂对光学和电学特性的影响研究

发布时间：2020-06-15 17:13

【摘要】：随着半导体材料的不断发展,以III族氮化物为代表的第三代半导体材料以其宽的禁带宽度、高的击穿场强、和高的电子饱和速度等特点引起了广泛的研究。其中GaN材料以其在高亮度发光二极管(LED)、激光二极管以及高温、高频和高功率电子器件制造等方面的巨大潜能在过去的三十年间引起人们的广泛关注。但是高电导率的p型难以实现一直限制了氮化镓基光电器件的发展。其次目前GaN材料的应用主要以Ga面GaN为主,相比于Ga面GaN而言,使用其他晶面的GaN材料,无论是在电子器件制备还是光电器件制备方面都有巨大的潜在优势。但是使用MOCVD在异质衬底上外延生长的其他晶面的GaN都存在较高的位错密度,同时在生长过程中会引入背景杂质从而导致了大量的点缺陷。了解这些材料中的杂质是如何影响GaN基器件性能和发光特性是制备高性能器件的基础。因此本文首先对p型掺杂的受主杂质Mg的离化率进行了优化研究,接下来对GaN薄膜中常见受主杂质C对GaN材料的电学特性和光电特性的影响进行了研究。首先,提出了一种在AlGaN/GaN超晶格界面进行Mg受主的δ掺杂来制备高电导率p型GaN的方法。分别使用了均匀掺杂、δ掺杂和在AlGaN/GaN超晶格界面δ掺杂三种不同的Mg掺杂方法来实现p型GaN。室温下接触式霍尔结果证明,AlGaN/GaN超晶格界面处δ掺杂的方法将GaN材料中空穴浓度比均匀掺杂样品提高了近一倍,方块电阻降低了1/3。对这种掺杂模式下的能带使用APSYS软件进行了仿真,结合仿真结果从能带角度阐明了Mg受主离化率提高的机理。其次,提出了一种利用受主杂质C来降低GaN薄膜中高背景载流子浓度的方法。分别对N面、非极性a面和半极性(11-22)面的GaN样品进行了C离子的注入,随后对C离子注入的样品进行高温退火来恢复晶格。对C离子注入并退火后的N面GaN进行了变温接触式霍尔的测量,发现室温下C离子注入后的N面GaN样品电阻率比未注入样品的电阻率大25倍,有效的解决由于O杂质导致的N面GaN中背景载流子过高的问题,从而可以通过引入C受主来得到高阻的N面GaN材料。最后,对GaN材料中普遍存在的黄带发光现象的机理进行了研究。N面、非极性a面和半极性(11-22)面的GaN样品在室温下分别进行了C离子和O离子的注入,PL谱的测量发现C注入样品的黄带发光有明显的增强而O注入样品的黄带发光强度则几乎不变,通过对不同离子注入的样品中缺陷的分析,排除了位错和V_(Ga)对黄带发光显著提高的影响,证明了C是GaN中黄光的来源。同时还对ELOG生长的GaN薄膜截面的发光特性进行了研究,PL面扫描结果发现ELOG生长的GaN在生长过程C杂质结合量与黄带发光强度成正相关,进一步验证了C杂质与GaN中黄带发光之间的关系。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ133.51
【图文】：

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双量子阱（DQW）和单量子阱（SQW）LED 结构示意图[18]流密度为 100 A/cm2时 N 面和 Ga 面 GaN 基单量子阱（SQW），可以看出在 Ga 面 LED 中阻挡电子注入到量子阱中的势垒在 N在了，同时可以看出在电流密度同为 100A/cm2时 Ga 面 LED 需要。在电子注入到量子阱后，由于在 Ga 面 GaN 基 LED 的 QW 中存

【参考文献】

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1 薛晓咏;氮化镓材料的不同极性面拉曼光谱分析[D];西安电子科技大学;2012年

本文编号：2714740