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AlN单晶性质与AlGaN外延生长研究

陶瓷学报 2018年第6期39卷 690-695页

作者：付润定庄德津修向前谢自力陈鹏张荣郑有炓南京大学电子科学与工程学院江苏南京210093 青岛铝镓光电半导体有限公司山东青岛266105

对物理气相传输法(PVT)生长的AlN单晶进行了性质表征,研究了单晶中的杂质和缺陷、发光性质和晶体结构等,结果表明该AlN单晶具有较高的晶体质量。用蓝宝石陪片辅助方法对AlN单晶进行了化学机械抛光,得到了厚度均匀、具有器件质量表面的Al... 详细信息

对物理气相传输法(PVT)生长的AlN单晶进行了性质表征,研究了单晶中的杂质和缺陷、发光性质和晶体结构等,结果表明该AlN单晶具有较高的晶体质量。用蓝宝石陪片辅助方法对AlN单晶进行了化学机械抛光,得到了厚度均匀、具有器件质量表面的AlN单晶片。利用MOCVD在AlN单晶片上外延了Al组分约为18.2%的AlGaN薄膜,其生长模式符合StranskiKrastanow模式。利用应变梯度模型解释了AlGaN外延层中应变状态和表面裂纹的形成机制。

关键词： AlN单晶化学机械抛光 AlGaN Stranski-Krastanow生长模式应变梯度模型

SiC衬底上AlGaN基极化诱导隧穿结的制备研究

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SiC衬底上AlGaN基极化诱导隧穿结的制备研究

作者：陈靓吉林大学

学位级别：硕士

AlGaN基隧穿结二极管可应用于紫外发光二极管(LED)中实现p-n倒置结构,提高载流子注入效率。由于AlGaN基隧穿结二极管具有较宽的禁带宽度,通过合理的结构设计,可以实现对紫外LED有源区发光较高的透过率,有利于提高紫外LED的光提取效率。... 详细信息

AlGaN基隧穿结二极管可应用于紫外发光二极管(LED)中实现p-n倒置结构,提高载流子注入效率。由于AlGaN基隧穿结二极管具有较宽的禁带宽度,通过合理的结构设计,可以实现对紫外LED有源区发光较高的透过率,有利于提高紫外LED的光提取效率。另外,带有隧穿结的紫外LED结构可以避免p型电极的制备,有效地解决p型AlGaN材料欧姆接触难以实现的问题。然而,由于AlGaN材料较高的施主和受主激活能使其很难实现较高浓度的掺杂,导致AlGaN基隧穿结电学特性较差,大大限制了AlGaN基隧穿结二极管的应用。为解决AlGaN基隧穿结中存在的问题,本论文提出利用AlGaN基材料本身固有的极化特性来提高隧穿结n型侧的电子浓度和p型侧的空穴浓度,即采用Al组分线性变化的AlGaN作为极化诱导掺杂层,提高n型材料和p型材料的载流子浓度,另外在n型AlGaN层和p型AlGaN层之间插入一层高Al组分的AlGaN层用于在界面处分别实现高浓度的二维电子气和空穴气,进一步提高器件的隧穿几率,获得性能良好的隧穿结器件。在本论文中,我们采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)技术来开展实验研究,具体的研究工作如下:1、利用MOCVD方法制备了极化诱导n型AlGaN材料。研究了Al(Ga)N缓冲层结构、AlN缓冲层V/III、u-AlGaN模板层生长温度、n型极化诱导掺杂层的掺杂以及厚度对极化诱导n型AlGaN材料表面形貌、电阻率和电子浓度的影响。通过优化我们得到了具有较高晶体质量和较好电学特性的n型AlGaN材料,其电子浓度为1.8×1088 cm电阻率为0.01Ω·cm。2、利用MOCVD方法制备了极化诱导p型AlGaN材料。研究了AlN缓冲层V/III、u-AlGaN模板层V/III、p型极化诱导掺杂层退火温度以及厚度对极化诱导p型AlGaN材料电阻率和空穴浓度的影响。通过优化我们得到了具有较高晶体质量和较好电学特性的p型AlGaN材料,其空穴浓度为3.9×1077 cm电阻率为5.33Ω·cm。3、基于极化诱导以及隧穿原理,开展了在SiC衬底上制备AlGaN基极化诱导隧穿结的研究。研究了极化诱导隧穿结中p型层的结构、AlGaN极化诱导插入层厚度和AlGaN极化诱导插入层组分对结构特性以及电学特性的影响,并通过优化制备出了性能优良的隧穿结结构,具有较大的反向电流密度,在4.5V反偏电压下电流密度为5.5 mA/cm。4、在SiC衬底上进一步制备了带有极化诱导隧穿结的LED,并对其结构特性、光学特性以及电学特性进行了研究。制备得到了发光波长为330nm的LED结构,器件表现出良好的整流特性,其开启电压为5V,漏电流为μA量级。

关键词： AlGaN MOCVD 极化诱导隧穿结紫外LED

Study of dual-blue light-emitting diodes with asymmetric AlGaN graded barriers

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Optoelectronics Letters 2014年第4期10卷 258-261页

作者：严启荣章勇李军政 Guangdong Vocational School of Polytechnic Laboratory of Nanophotonic Functional Materials and Devices Institute of Optoelectronic Materials and Technology South China Normal University Foshan Nation Star Optoelectronics Co. Ltd.

A dual-blue light-emitting diode(LED) with asymmetric AlGaN composition-graded barriers but without an AlGaN electron blocking layer(EBL) is analyzed numerically. Its spectral stability and efficiency droop are improved compared with those of the conventional InGaN/GaN quantum well(QW) dual-blue LEDs based on stacking structure of two In0.18Ga0.82N/GaN QWs and two In0.12Ga0.88N/GaN QWs on the same sapphire substrate. The improvement can be attributed to the markedly enhanced injection of holes into the dual-blue active regions and effective reduction of leakage current.

关键词：蓝色发光二极管 AlGaN 非对称 InGaN 蓝宝石衬底量子阱数值分析空穴注入

A simulation of doping and trap effects on the spectral response of AlGaN ultraviolet detectors

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Journal of Semiconductors 2012年第3期33卷 20-23页

作者： Sidi Ould Saad Hamady LMOPS University Paul Verlaine-Metz and SUPELEC-2 Rue Edouard Belin57070 MetzFrance

We study,by means of numerical simulation,the impact of doping and traps on the performance of the＂solar blind＂ultraviolet Schottky detector based on AlGaN.We implemented physical models and AlGaN material properties taken from the literature,or from the interpolation between the binary materials（GaN and AlN） weighted by the mole fractions.We found that doping and traps highly impact the spectral response of the device,and in particular a compromise in the doping concentration must be reached in order to optimize the spectral response of the detector.These results give us a powerful tool to quantitatively understand the impact of elaboration and processing conditions on photodetector characteristics,and thus identify the key issues for the development of the technology.

关键词： simulation AlGaN ultraviolet detector spectral response

AlN模板及AlGaN层应变弛豫度对多量子阱光学性能的影响

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AlN模板及AlGaN层应变弛豫度对多量子阱光学性能的影响

作者：赵晓杰西安电子科技大学

学位级别：硕士

III族氮化物作为第三代半导体的代表材料组,禁带覆盖范围广,在光电产业如商业固态照明、光纤通信、光探测、射频和大功率开关、深紫外光子学等领域具有极为广泛的应用。其中三元合金氮化铝镓（Al Ga N）材料由于随Al组分调节,禁带宽度可... 详细信息

III族氮化物作为第三代半导体的代表材料组,禁带覆盖范围广,在光电产业如商业固态照明、光纤通信、光探测、射频和大功率开关、深紫外光子学等领域具有极为广泛的应用。其中三元合金氮化铝镓（Al Ga N）材料由于随Al组分调节,禁带宽度可在3.4e V（Ga N）-6.2e V（Al N）范围连续变化,在紫外应用方面受到广泛关注。由于廉价同质外延衬底的缺乏,蓝宝石凭借其对紫外线的透明性和低成本成为Al Ga N基紫外发光二级管（LED）异质外延生长的首选材料。但由于蓝宝石与Al Ga N材料之间晶格常数的失配,控制外延层晶体位错密度和晶体质量成为提升紫外LED光电性能的关键。因此,我们通过MOCVD外延技术,在溅射高温退火的氮化铝（Al N）/蓝宝石模板上外延生长了LED结构,研究了溅射高温退火的Al N层厚度对于紫外LED光学性能的影响,为高质量Al Ga N基LED的制备奠定了基础。另外,我们系统研究了n型Al Ga N层应变弛豫度对Al Ga N多量子阱区的影响,通过仿真模拟、理论计算以及实验制备,讨论了紫外LED光学性能随应变弛豫度不同产生变化的机理。本论文的主要研究内容如下:1、通过MOCVD技术,在不同厚度的溅射高温退火Al N/蓝宝石模板上外延生长了量子阱结构,研究了厚度对Al Ga N层晶体质量以及对量子阱区发光性能的影响。通过表征分析,溅射高温退火的Al N/蓝宝石模板的位错密度随厚度的增加逐渐增加,表面粗糙度则随厚度增加先减小后增大。于其上外延的Al Ga N层的位错密度随Al N模板厚度的增加呈现先减小后增大的趋势,有源区区发光强度也呈现相同的规律。实验证明,Al N模板的位错密度与表面粗糙度都对外延层有重要影响,存在一个最适合的Al N厚度使得量子阱光学性能最佳。2、通过APSYS软件仿真以及理论计算,研究了n型Al Ga N层应变弛豫度对多量子阱区光学性能的影响并探讨机理。采用修改Al Ga N材料晶格常数的方法来代表不同应变弛豫度下的n型Al Ga N层。仿真及理论计算结果表明,随着应变弛豫度的提高,量子阱区中的极化电场强度增强,加剧了有源区内部的量子限制斯塔克效应（QCSE）,使得发光波长红移,电子空穴波函数空间重叠下降,发光强度降低。3、基于最佳厚度的溅射高温退火Al N/蓝宝石模板,通过在Al N模板与Al Ga N层之间插入周期数不同的Al N/Al Ga N超晶格结构来改变应变弛豫度,对比研究了其上不同应变弛豫度的n型Al Ga N层对多量子阱区光学性能的影响并与仿真计算结果对比。测试结果表明,Al Ga N层应变弛豫度随超晶格周期数的增加而增加,Al Ga N层的Al组分和位错密度则随应变弛豫度的增加而降低,外延片发光强度表现出先提高后减小的趋势,在弛豫度为45.69%时强度最大。结合仿真计算与实验表征结果,我们认为应变弛豫度的影响主要在四个方面:应变弛豫度会改变量子阱的能带结构从而影响了辐射复合效率;应变弛豫度的增加会提高外延层的晶体质量,位错密度的减小导致了非辐射复合率的下降;由于存在成分拉动效应,应变弛豫度的增加会导致外延过程中Ga掺入的增强,从而使得松弛的Al Ga N层中Al组分降低;应变弛豫度会改变出射光的偏振模式从而影响发光强度。

关键词： AlGaN 紫外发光二极管溅射退火量子阱应变弛豫度

Comparison of GaN-Based Light-Emitting Diodes by Using the AlGaN Electron-Blocking Layer and InAlN Electron-Blocking Layer

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Chinese Physics Letters 2011年第12期28卷 293-296页

作者：陈峻范广涵庞玮郑树文 Institute of Opto-Electronic Materials and Technology South China Normal UniversityGuangzhou 510631 Experimental Teaching Center Guangdong University of TechnologyGuangzhou 510006

Optical properties of GaN-based light-emitting diodes(LEDs)are studied numerically by using AlGaN and InAlN electron-blocking layers(EBLs).Through the simulations of emission spectra,carrier concentration distribution,energy band,electrostatic field,internal quantum efficiency and output power,the results show that the LEDs with design of the InAlN EBL structure have a better performance over the original LEDs using an AlGaN EBL.The spectrum intensity and output power are enhanced significantly,and the efficiency droop of internal quantum efficiency is improved effectively with this design of InAlN EBL structure.It is proved that the strengths of carrier confinement and electron leakage current play a critical role in the performance of luminescence in LEDs.

关键词： AlGaN InAlN GaN

Properties of Si Doped Al_(0.4)Ga_(0.6)N Epilayers with Different AlGaN Window Layer Grown on High Quality A1N Buffer by MOCVD

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Chinese Physics Letters 2011年第2期28卷 183-186页

作者：余晨辉刘成韩祥云康伟方妍妍戴江南吴志浩陈长清 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics College of Optoelectronic Science and EngineeringHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074 National Laboratory for Infrared Physics Shanghai Institute of Technical PhysicsChinese Academy of SciencesShanghai 200083

Si-doped Al_(0.4)Ga_(0.6)N(Si-Al_(0.4)Ga_(0.6)GN)epilayers grown on an AlGaN window layer(WL)with different Al contents are prepared using a high-quality A1N buffer layer by metal-organic chemical vapor deposition.Surface morphology,crystalline quality and electric properties of these epilayers are investigated by using atomic force microscopy,x-ray diffraction,Raman scattering spectrum and Hall techniques.Results show that the surface morphology of these epilayers are mainly determined by the Si-doping level which,together with the effect of Al content of WL,also has an obvious impact on the electron concentrations.On the other hand,the insertion of AlGaN WL is helpful to the increase of Si doping level and conductivity of subsequently grown Si-Al_(0.4)Ga_(0.6)N epilayers.However,the insertion as well as the increase of Al content of WL result in increase of dislocation densities,compressive strain in Si-Al_(0.4)Ga_(0.6)N epilayers,and tilt of A1N subgrains at the top interface of the buffer layer.Further,the degradation of crystalline quality with the Al content of WL exerts a decisive influence on the conductivity of the Si-Al_(0.4)Ga_(0.6)N epilayers grown on WL with Al content of 0.6 through a dramatic decrease in electron mobility.

关键词： AlGaN MOCVD scattering

利用AlGaN薄膜透射谱提取材料参数的研究

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光学学报 2021年第3期41卷 146-153页

作者：盛彬彬王玲许金通李向阳中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室上海200083 中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室上海200083 上海科技大学信息科学与技术学院上海201210 中国科学院大学北京100049

为了研究多层结构高铝组分AlGaN薄膜材料的光学性能,并计算得到相关光学参数,本文基于多层膜传输矩阵方法,对两个样品的透射光谱进行了拟合。根据AlGaN材料对不同波长入射光的吸收机制,并考虑了材料在带外的弱吸收,建立了全波段(200~800... 详细信息

为了研究多层结构高铝组分AlGaN薄膜材料的光学性能,并计算得到相关光学参数,本文基于多层膜传输矩阵方法,对两个样品的透射光谱进行了拟合。根据AlGaN材料对不同波长入射光的吸收机制,并考虑了材料在带外的弱吸收,建立了全波段(200~800 nm)范围内的吸收系数模型,同时引入表面粗糙度均方根参数来表征材料表面粗糙度对透射谱的影响。采用所建模型对结构参数不同的两个Al0.65Ga0.35N样品的透射谱进行拟合,拟合结果与实验结果的一致性较好。本文得到的全波段范围内Al0.65Ga0.35N材料的吸收系数,为研究日盲紫外探测器的响应光谱提供了可靠的实验数据。同时,本文还得到了Al0.65Ga0.35N的膜层厚度、折射率、表面粗糙度等参数。

关键词：集成光学 AlGaN 透射谱吸收系数折射率表面粗糙度

退火处理降低AlGaN/GaN台面隔离电流

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半导体技术 2020年第4期45卷 293-297,311页

作者：赵志波杨兵康玄武张静吴昊孙跃郑英奎魏珂北方工业大学信息学院北京100144 中国科学院微电子研究所北京100029

针对电感耦合等离子体(ICP)干法刻蚀后,AlGaN/GaN台面区域存在隔离电流高的问题,研究了不同退火氛围、时间、温度对台面隔离电流的影响。利用原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)及电学测量仪器对样品进行表征和测试。测试结果表明... 详细信息

针对电感耦合等离子体(ICP)干法刻蚀后,AlGaN/GaN台面区域存在隔离电流高的问题,研究了不同退火氛围、时间、温度对台面隔离电流的影响。利用原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)及电学测量仪器对样品进行表征和测试。测试结果表明,在氧气和氮气氛围退火处理均能降低样品的隔离电流,且经退火处理后样品的隔离电流均处于10-9 A/mm数量级,但在氧气氛围中退火处理会使样品的欧姆接触电阻增大。在氮气氛围下的最佳退火处理条件为400℃、120 s。在该条件下样品经过退火处理后,在200 V直流偏压下测得样品的台面隔离电流仅为4.03×10^-9 A/mm,与未经退火处理的样品相比降低了4个数量级,而且在高温测试中样品的隔离电流仍然能够保持较低的数值。

关键词： AlGaN 台面区域隔离电流退火处理电感耦合等离子体(ICP)刻蚀