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中国科学: 技术科学 2011 年 第41 卷 第2 期: 234 ~ 238 SCIENCE CHINA PRESS 论 文 在r 面蓝宝石上生长的a 面掺硅GaN 的光学和 电学性质研究 * 许晟瑞 , 周小伟, 郝跃, 杨林安, 张进成, 毛维, 杨翠, 蔡茂世, 欧新秀, 史林玉, 曹艳荣 西安电子科技大学微电子研究所宽禁带半导体材料与器件重点实验室, 西安 710071 * E-mail: shengruixidian@126.com 收稿日期: 2010-01-23; 接受日期: 2010-05-20 国家科技重大专项(批准号: 2008ZX01002-002)、国家自然科学基金重大项目(批准号: 、国家自然科学基金重点项目(批准号: 和中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: JY10000904009)资助 摘要 在r 面蓝宝石(Al O )衬底上生长了非极性掺硅的a 面GaN 薄膜, 用光致发光(PL)谱, 高分 关键词 2 3 辨 X 射线衍射仪(HRXRD), 原子力显微镜(AFM), 和霍尔测量研究了材料的光学和电学性质. 结果 非极性 GaN 表明, Si 的掺入会使材料的结晶质量和形貌出现微小的退化. 黄带也随着 SiH4 流量的增加而提高. HRXRD 但是随着硅的掺入, 材料迁移率极大提高, 这种现象主要是由于镓空位(VGa)被填补引起的. 光致发光 GaN 基的异质结表现出了非常优异的性质, 可 的斯塔克效应. 但是, 非极性(11-20)a 面 GaN 材料中 以用来制作功率和光电的器件, 例如高电子迁移率 的位错密度非常高, 对于采用金属有机物化学气相 晶体管(HEMT)和发光二极管(LED), 纤锌矿结构的 淀积(MOCVD)的方法在r 面 Al O 衬底上生长的非极 2 3 氮化物材料存在着非常大的自发极化和压电极化效 性 a 面 GaN 材料, 线位错密度达到了 31010 cm2, 同 应. 这些效应在功率器件中是有益的, 它可以在不用 时堆垛层错的密度也达到了 3.5105 cm1[5]. 所以, a 掺杂的情况下使材料异质结界面处形成高密度的二 面 GaN 材料的迁移率非常的低, Masayuki Kuroda 等 维电子气, 但是在光电器件中这是非常有害的, 它可 人制作的 HEMT 的迁移率仅仅为 5.14 cm2/Vs. 为了 以使量子阱中电子和空穴波函数的交叠减少, 发光 解决上述问题, 本文在 MOCVD 生长的 a 面 GaN 材 [1~3] 波长红移, 这种效应叫做量子限制的斯塔克效应
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