Ⅲ-V族化合物半导体材料GaN外延膜和InAs量子点的制备及光学特性研究
【摘要】：本文主要对GaN外延膜和InAs量子点等两种Ⅲ-V族化合物半导体材料进行研究。采用分子束外延系统生长样品,完善制备工艺,并研究其发光特性。
对GaN外延膜进行研究。采用EPI930固态源分子束外延系统在蓝宝石衬底上生长GaN外延膜。一方面,摸索GaN在蓝宝石衬底上初始外延生长的最佳条件,优化薄膜生长工艺参数,获得具有良好晶质的GaN外延层,并研究不同生长条件下样品的光学特性及其发光机制。另一方面是研究低Al掺杂对GaN外延层光电特性及表面形貌的影响,并通过光致发光,霍尔效应和高分辨率SEM等测量方法来确定GaN外延层的质量。研究结果表明,改变Ga的流量,氮气净化和采用AlN做缓冲层可以逐步改善样品的表面形貌及发光性能。当在GaN外延膜中掺入0.11%Al时,GaN:Al薄膜粗糙度最小,具有最低的自由电子浓度(3×1017cm-3)和最高的电子迁移率(140V.s/cm2)。
对InAs量子点进行研究。利用EPI930固态源分子束外延系统在(001)GaAs衬底上生长一系列InAs样品,分别研究InxGa1-xAs盖层,InxAl1-xAs隧道阻挡层,以及In0.1AlxGa0.9-xAs缓冲层Al掺杂量和In0.2Al0.8As盖层厚度对量子点发光效率和发光强度的影响,并通过组成成分和厚度的调谐,使其发射波长接近1.3μm。研究结果表明,用InxGa1-xAs层覆盖量子点,通过分析InAs量子点的光发射,证实在GaAs层、接近InAs量子点的区域以及浸润层里确实存在着无辐射中心,而且氢钝化对无辐射中心起到抑制作用。在InAs量子点和覆盖层之间插入In0.2Al0.8As隧道阻挡层,不仅可以抑制界面缺陷,减少无辐射中心的数量,提高发光效率,使发光强度
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