富In条件下生长模式对AlInN晶体质量与光电性质的影响

本项目通过衬底材料的选择和In 组份的控制引入定量失配应变，研究与失配、位错等相关的应力在生长模式调控中所起的重要作用；进而研究温度、压力等生长条件与生长模式之间的关系。同时，测试分析各种生长模式下得到的不同晶体质量的AlInN 外延材料的光学性质，研究斯托克斯位移的变化规律，揭示生长模式与外延层中V 型坑的密度、In 组份分布的不均匀性或相分离、外延层的宏观形貌以及微观结构之间的关系。最后，通过研究不同生长模式下制备的AlInN 材料中缺陷种类及其密度对材料光学和电学性能的影响，并与利用高能粒子辐照人为引入的缺陷进行对照分析，找到提高AlInN 材料的光学和电学性能的根本方法和技术。本项目的顺利完成，对从根本上提高AlInN 基以及InGaN 基发光器件和微电子器件的性能有重大意义。

以Si和蓝宝石衬底上的AlN、AlGaN、GaN等材料为衬底，用MOCVD方法研究了各种衬底上外延生长AlIn(Ga)N材料的工艺技术，重点分析了衬底材料、生长条件等与AlInN材料的In的并入效率、生长模式等之间的关系。综合利用HRXRD、TEM、SEM、AFM、CL、RBS、SIMS等测试技术对AlInN材料的结构和光学性质进行了系统的表征和分析。.AlInN外延层中存在大量非故意掺入的Ga原子。结合TEM和SIMS的测试结果以及有计划的外延生长实验证实，GaN基底为非故意Ga掺杂源之一，且In、Al、Ga之间的互扩散为Ga非故意掺入的主要途径。此外，反应室内壁，包括石墨舟、石英衬里以及反应室上壁含Ga的附着物是AlInN中非故意掺入的Ga的另外一个重要来源。.在InN材料的生长过程中同样也会有Ga的掺入。Ga的非故意掺入，不仅会影响外延层的组分，还会影响外延层的生长速率，最终还会影响外延材料的物理性质和晶体质量。.AlInN外延层存在明显的相分离现象，沿生长方向材料组分呈梯度式渐变分布，并且 AlInN厚层材料表面分布着大量V型坑。V型坑尺寸和密度与生长压力密切相关； AlInN样品表面的V型坑中心和边沿对应着CL谱中不同波长的发光，表明V型坑的产生对应着In的偏析，导致AlInN材料具有明显的面内组份非均匀性，直接影响着材料的光学性质。.以GaN为对象，重点研究了生长条件对外延层C的浓度的影响，以及C杂质浓度与GaN材料的电学性质的之间的关系。通过改变生长压力和温度，可以显著改变C杂质的浓度。利用这个方法，可以制备晶体质量高、同时电阻率也高的GaN材料。在此基础上得到了高迁移率的AlGaN/GaN、AlInN/GaN的HEMT 结构样品，为进一步研究AlInN材料的电学性质与材料杂质、缺陷之间的关系奠定了基础。.Ne例子注入AlInN材料的研究结果表明，注入后的AlInN材料晶格常数变大，有因离子注入引入晶格缺陷后，在通过退火恢复晶格完整性的过程中释放应力的趋势。此外，离子注入过程中会产生空位，空位有助于晶格中Al原子的扩散和迁移，从而引起Al原子在外延层中的再分布。