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Metal-modulated epitaxy of Mg-doped Al_(0.80)In_(0.20)N-based layer for application as the electron blocking layer in deep ultraviolet light-emitting diodes

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Journal of Semiconductors 2024年第5期45卷 80-89页

作者： Horacio Irán Solís-Cisneros Carlos Alberto Hernández-Gutiérrez Enrique Campos-González Máximo López-López Optomechatronics Group Tecnológico Nacional de México Campus Tuxtla Gutiérrezcarretera Panamericana 1080C.P.29050Tuxtla GutiérrezChiapasMéxico Departamento de Física Instituto Nacional de Investigaciones NuclearesCarretera México-Toluca s/nC.P.52750La Marquesa OcoyoacacMéxico Departamento de Física Centro de Investigación y estudios Avanzados del Instituto Politécnico NacionalAv.Instituto Politécnico Nacional 2508San Pedro ZacatencoGustavo A.Madero07360 Ciudad de MéxicoCDMXMéxico

This work reports the growth and characterization of p-alinn layers doped with Mg by plasma-assisted molecular beam epitaxy(PAMBE).alinn was grown with an Al molar fraction of 0.80 by metal-modulated epitaxy(MME)with a thickness of 180 nm on Si(111)substrates using AlN as buffer layers.Low substrate temperatures were used to enhance the incorporation of indium atoms into the alloy without clustering,as confirmed by X-ray diffraction(XRD).Cathodoluminescence measurements revealed ultraviolet(UV)range emissions.Meanwhile,Hall effect measurements indicated a maximum hole mobility of 146 cm^(2)/(V∙s),corresponding to a free hole concentration of 1.23×10^(19)cm^(−3).The samples were analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)estimating the alloy composition and extracting the Fermi level by valence band analysis.Mg-doped alinn layers were studied for use as the electron-blocking layer(EBL)in LED structures.We varied the Al composition in the EBL from 0.84 to 0.96 molar fraction to assess its theoretical effects on electroluminescence,carrier concentration,and electric field,using SILVACO Atlas.The results from this study highlight the importance and capability of producing high-quality Mg-doped p-alinn layers through PAMBE.Our simulations suggest that an Al content of 0.86 is optimal for achieving desired outcomes in electroluminescence,carrier concentration,and electric field.

关键词： metal-modulated epitaxy alinn DUV-LED EBL simulation

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纤锌矿结构alinn电子及光学性质的第一性原理研究

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原子与分子物理学报 2011年第5期28卷 963-968页

作者：高婷婷王新强邝向军何阿玲重庆大学物理学院重庆400044

本文通过基于密度泛函理论的第一性原理,研究了纤锌矿结构Al_(1-x)In_xN在不同In浓度下的稳固结构,以及电子和光学性质的变化规律.研究表明,alinn不同In浓度的晶格结构都很稳定,说明alinn的兼容性很好.晶格常数随In浓度的增大不断增大,... 详细信息

本文通过基于密度泛函理论的第一性原理,研究了纤锌矿结构Al_(1-x)In_xN在不同In浓度下的稳固结构,以及电子和光学性质的变化规律.研究表明,alinn不同In浓度的晶格结构都很稳定,说明alinn的兼容性很好.晶格常数随In浓度的增大不断增大,而混晶的带隙则不断减小.并且随In浓度的增大,混晶在紫外光区的吸收系数、反射系数及折射率增大,吸收边、吸收峰和反射峰红移,且这两个峰的峰值减小.alinn的吸收、反射和折射率曲线在Eg处出现峰值行为,此Eg处的峰值大小随In浓度的增加而增大.当In浓度达到87.5%时,混晶alinn在紫外光区的吸收、反射和折射能力均达到最强,表明此时的掺杂效果最好.

关键词： alinn 稳固结构电子结构光学性质

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alinn外延材料中的缺陷及其对光电性能影响的研究

AlInN外延材料中的缺陷及其对光电性能影响的研究

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作者：张辉河北工业大学

学位级别：硕士

与GaN晶格匹配的高质量alinn材料，由于其优良的性质而被广泛应用于半导体光电子和微电子器件。alinn的禁带宽度可以在0.7eV到6.2eV之间调节，能够实现波长范围从紫外到红外波段的发射和探测。此外，与GaN折射率相差较大、无残余应力、... 详细信息

与GaN晶格匹配的高质量alinn材料，由于其优良的性质而被广泛应用于半导体光电子和微电子器件。alinn的禁带宽度可以在0.7eV到6.2eV之间调节，能够实现波长范围从紫外到红外波段的发射和探测。此外，与GaN折射率相差较大、无残余应力、强自发极化、高稳定性等优势使得它在分布布拉格反射镜(DBR)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、紫外发光二级管(UV LED)和探测器等半导体器件方面具有广阔的应用前景。本文采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法制备alinn材料，研究了生长压力和V/III比对alinn材料的生长模式、晶体质量的影响。研究发现，氨气流量的增加导致alinn外延层的晶体质量有所下降，而对其表面形貌无明显影响。随着反应室压力由60torr升高到80torr，alinn外延层的生长由岛状和层状复合模式逐渐向岛状模式转变，形貌特征变化显著，In的并入效率也逐步降低。本文结合透射电子显微镜(TEM)和二次离子质谱(SIMS)对材料中的V型缺陷、相分离及非故意掺杂Ga原子等进行了深入的研究。结果表明，部分V型缺陷起源于穿透位错，但是也有部分V型缺陷起源于外延层中，并未与穿透位错相连，并且V型缺陷的产生与In的并入效率亦有很大关系。实验发现，alinn外延层中存在明显的面内相分离，沿生长方向材料组分则呈梯度式渐变分布。另外，alinn外延层中存在大量非故意掺杂的Ga原子。研究表明，GaN基底是非故意掺杂Ga原子的主要来源，以Al、 In、Ga之间的原子扩散为主要途径进入alinn外延层。最后，通过阴极荧光(CL)和霍尔测试研究了alinn外延层的光电性能。

关键词： alinn 金属有机物化学气相沉积表面形貌缺陷光电性能

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与GaN晶格匹配的alinn薄膜的外延生长

与GaN晶格匹配的AlInN薄膜的外延生长

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第十六届全国半导体物理学术会议

作者：尚景智毛明华方志来刘宝林张保平厦门大学物理系

＜正＞采用金属有机物气相外延法（MOVPE）,在蓝宝石衬底上,先淀积1μm的 GaN 缓冲层,然后外延生长出了与 GaN 晶格匹配的 alinn 薄膜,厚度在0.5 μm左右。样品的 X 射线双晶衍射摇摆曲线（0002）峰的半峰宽为9.71′。通过分析样品的 O... 详细信息

＜正＞采用金属有机物气相外延法（MOVPE）,在蓝宝石衬底上,先淀积1μm的 GaN 缓冲层,然后外延生长出了与 GaN 晶格匹配的 alinn 薄膜,厚度在0.5 μm左右。样品的 X 射线双晶衍射摇摆曲线（0002）峰的半峰宽为9.71′。通过分析样品的 Omega-2theta 扫描曲线,得知 alinn 中 In 的组分在0.18 左右,与 GaN 的晶格失配约0.012%,证实所生长的 alinn 与 GaN 晶格匹配较好,用扫描电子显微

关键词： alinn MOVPE XRD SEM 结晶性表面形貌

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氮化物半导体低维结构的制备及光、电性质研究

氮化物半导体低维结构的制备及光、电性质研究

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作者：董成军四川师范大学

学位级别：硕士

众所周知,半导体材料已经在信息技术的各个领域得到了广泛的应用,以它们为基础研发的器件正逐步进入并改善着人们的生活。随着世界科学研究的不断发展,以氮化物为代表的新型半导体材料开始在光电子和微电子器件应用方面显示出巨大的优越... 详细信息

众所周知,半导体材料已经在信息技术的各个领域得到了广泛的应用,以它们为基础研发的器件正逐步进入并改善着人们的生活。随着世界科学研究的不断发展,以氮化物为代表的新型半导体材料开始在光电子和微电子器件应用方面显示出巨大的优越性,在发光二极管、激光器等方面显示了广阔的应用前景,引起了人们的广泛研究,除此之外,新型三元半导体材料近年来也得到了人们广泛地关注。其中InN、AlN以及它们的合金alinn等材料由于其具有独特的应用领域而成为研究的热点,但是,与Si/Ge等老一代半导体材料的成熟研究和应用不同,新型半导体材料还处在研究的起步探索阶段,人们对新材料的一些基本物理性质和参数还没有完全达成一致,因此对其物理性质开展进一步研究非常必要。本论文工作主要工作包括以下两个方面: 1、采用射频磁控溅射法,以AlN为缓冲层在300℃的低温下制备了alinn薄膜,衬底分别为Si(111),蓝宝石(AlO)和玻璃。形貌和结构分析表明以Si(111)和蓝宝石为衬底制得的alinn薄膜具有更好的晶体结构,其带隙小于2.41eV、方块电阻为40Ω/□左右,说明薄膜质量较好。这些结果有利于高效氮化物光电材料的发展。 2、采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势(PWP)方法,结合广义梯度近似(GGA)计算了Si掺杂InN的电子结构和光学性质,包括能带结构、态密度、介电常数、吸收系数、反射和电子能量损失等。计算表明掺入Si后电子趋于深能级分布;介电函数虚部出现新峰,反射峰的强度有所增强;吸收谱和电子能量损失谱有蓝移现象;这些变化与Si掺杂后引起电子密度改变有关。

关键词：磁控溅射第一性原理 alinn InN 掺杂

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Al(In)N半导体薄膜的制备与物性研究

Al(In)N半导体薄膜的制备与物性研究

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作者：芦伟四川师范大学

学位级别：硕士

alinn的物性一般可通过改变组分的方法进行大跨度调节,并可与GaN等材料晶格匹配,因此alinn是比AlGaN和InGaN更为优异的三族氮化物三元合金材料。然而制备高质量的alinn是当前的一大难题。AlN/GaN和AlGaN/GaN超晶格是当前三族氮化物超晶... 详细信息

alinn的物性一般可通过改变组分的方法进行大跨度调节,并可与GaN等材料晶格匹配,因此alinn是比AlGaN和InGaN更为优异的三族氮化物三元合金材料。然而制备高质量的alinn是当前的一大难题。AlN/GaN和AlGaN/GaN超晶格是当前三族氮化物超晶格结构的研究热点,而AlN/InN超晶格研究几乎尚为空白。但AlN与InN在带隙与电学等方面的特性差异极大,使AlN/InN超晶格结构具有潜在的巨大应用价值。本文就如何提高alinn质量和AlN/InN与AlN/GaN超晶格能带结构两方面展开研究,取得如下结果: 1.为研究优化alinn质量的生长方法,探讨其生长机制,本文利用单靶射频溅射法在不同条件和不同缓冲层结构上生长出了不同质量的alinn薄膜。利用XRD,TEM等多种方法测试发现改进生长条件后薄膜质量明显提高:降低工作气压和Ar/N2比值能够极大增进alinn的(0002)取向性,较高气压和N2比例有助于晶粒长大;在较高温度生长对薄膜质量有强烈劣化作用,退火处理能够进一步提高晶体取向性。缓冲层结构对晶体质量也有显著作用,alinn/AlN/alinn结构的薄膜具有最高的取向性,与a轴取向有关的衍射峰完全消失。同时,研究指出在alinn生长中,alinn和TiN可能是比AlN更为优异的缓冲层材料,而SiN不适于作为缓冲层。对组分与应变的研究发现,Al组分分布在.24-0.31之间,样片基本都受压应变,压应变增强会使Al组分具有增加的趋势。随薄膜质量提高,电学特性随之得以改善。实验中还发现,在alinn生长初期可能会自发生成富Al和富In的双缓冲层结构。 2.利用Kr?nig-Penney模型和形变势理论探讨了纤锌矿型AlN/InN和AlN/GaN超晶格系统的能带结构和不同应变模式对能带结构的影响,计算得到能带结构随亚层参量变化的一般性规律、超晶格的能量色散关系、应变造成的影响以及系统禁带宽度和导带第一子禁带宽度。研究发现通过改变亚层厚度可以从不同形式设计能带结构;应变会改变系统禁带宽度,使带阶和子能带明显窄化,价带结构趋于复杂甚至生成准能带结构。与实验结果对比发现,该模型适于模拟窄势阱结构超晶格,对于宽势阱则须考虑内建电场的作用。最后,初步分析了超晶格模拟三元合金的带隙特性与优势。

关键词： alinn AlN/InN 超晶格磁控溅射 K-P 模型

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