半极性面GaN堆垛层错的形成机理和生长调控研究

Semipolar GaN material has attracted considerable attention as it can eliminate 80% of the quantum confined Stark effect, and the growth process window is very wide. High stacking fault density in the semipolar GaN material seriously hampered the performance of materials and devices. This project to solve the stacking fault inserted by using the unstrained AlInN layer technology and in situ SiNx insertion layer technology from annihilation and blocking two ways to reduce the stacking fault density, to improve the crystalline quality of the semipolar GaN material. The research results will improve the crystalline quality of GaN that can be used for semipolar LED to provide some specific experimental ideas and methods, at the same time contribute to improve the basic theory of semipolar GaN growth and defect control.

半极性GaN材料可以消除80％的量子限制斯塔克效应，并且生长工艺窗口较大，是一种很有前景的宽禁带材料，是目前的研究热点。材料中的堆垛层错密度较高，严重制约材料和器件的性能。本项目从堆垛层错的产生机理角度来解决堆垛层错的问题，通过采用无应变AlInN插入层技术和原位SiNx插入层技术从湮灭和阻挡两个方面降低堆垛层错的密度，从而提高半极性GaN材料的结晶质量。研究结果将为提高可用于半极性LED的GaN材料生长提供一些具体的实验思路和方法，同时对完善半极性GaN生长和缺陷控制基本理论做出贡献。

在m面蓝宝石衬底上，采用MOCVD生长了有SiNx插入层的半极性面GaN，采用透射电子显微镜，原子力显微镜和X射线衍射技术对其进行了表征，透射电子显微镜测试结果表明，半极性材料中的堆垛层错密度从 2.5×10E10 cm-2 降低到5×10E8 cm−2，SiNx插入层在上面横向外延的GaN上产生了没有位错和基平面堆垛层错的区域，经过SiNx插入层作用以后，材料中的堆垛层错密度2.1×10E5 cm-1 降低到1.3×10E4 cm-1.同时,在r面蓝宝石衬底的GaN上采用MOCVD技术生长了高密度的极性纳米线，实验结果表明，极性纳米线有很强的黄带发光，而非极性纳米线却没有，非极性、半极性和极性面GaN中C的杂质来源用晶体结构模型得到了很好的解释，模型被X射线能谱有力的证实，实验结果表明，GaN材料中的黄带来源是C元素。