用于子带跃迁的非极性AlGaN/GaN量子阱生长研究

Using the property of GaN and AlN conduction band offset about 2eV, Preparation of the AlGaN/GaN quantum well infrared detectors based on intersubband transitions in the conduction band, should has the characteristics of high sensitivity, the corresponding rate, has good prospects in optical communication, guidance, thermal imaging, night vision. The influence of GaN material polarity, greatly limits the performance of the AlGaN/GaN quantum well infrared detectors. This project use MOCVD growth of nonpolar AlGaN/GaN quantum wells on r sapphire substrates, and research the property of quantum well intersubband transitions. We propose a method to join the layer of GaN/InGaN super lattice to suppress the nonpolar GaN materials plane growth rate anisotropy, to improve the properties of materials. This project research can lay the foundation for the AlGaN/GaN quantum well infrared detectors in future research, and promote other non-polar GaN devices research.

利用GaN和AlN导带带阶约2eV的性质，可以制作基于导带中子带跃迁的AlGaN/GaN量子阱红外探测器，会有具有灵敏度高、响应速率快的特点，在光通讯、制导、热成像、夜视等方面有很好的应用前景。但由于GaN材料极性的影响，极大的限制了AlGaN/GaN量子阱红外探测器的性能。本项目用MOCVD在r面蓝宝石衬底上，生长非极性AlGaN/GaN量子阱，并对量子阱子带跃迁的性能进行研究。我们提出了加入GaN/InGaN超晶格来抑制非极性GaN材料面内生长速率各向异性的方法，有助于提高材料的性能。通过本项目的研究，可以为今后AlGaN/GaN量子阱红外探测器研究打好基础，并推进其它非极性GaN器件的研究。

GaN和AlN导带的带阶大（大约2eV），利用AlGaN/GaN量子阱导带中子带间的跃迁，可以达到3－5微米或更远的中远红外波段，在红外探测器领域有广泛的应用需求。但是到目前，国内外基于AlGaN/GaN量子阱中子带间跃迁的探测器性能离实际应用还有距离.目前影响AlGaN/GaN量子阱中子带间跃迁性能的主要原因是AlGaN/GaN材料中的极化问题。生长在c面衬底上的器件，存在极化效应，限制了器件效率的提高。为了清除这种极化效应，可以在衬底上生长a面或m面的非极性GaN材料和器件。由于非极性材料与衬底有大的晶格失配，导致异质外延非极性GaN材料质量很差。目前，非极性GaN材料生长中存在两个主要问题，一个是差的表面形貌，存在大量的沿c轴起伏的条纹和三角形坑；另一个是存在大量的缺陷，包括穿透位错和基面堆垛错误。所以改善非极性GaN材料质量，研究AlGaN/GaN量子阱导带中子带间的跃迁有很好的实际意义。本项目研究了利用三维（3D）生长来降低表征材料质量的XRD半宽，减少缺陷，然后转为二维（2D）生长改善表面形貌的两步生长法优化问题，研究了生长温度、V/III比对材料质量的影响，研究了3D层、2D层生长参数、结构对材料质量的影响。研究了InGaN插入层的位置、厚度，InN量子点插入层，InGaN/GaN超晶格插入层对降低材料位错密度和改善表面形貌的影响，优化制备的非极性GaN材料的xrd半宽为540arcsec，AFM表征的表面粗糙度为0.532 nm。在此基础上，制备的AlGaN/GaN量子阱，红外吸收谱在3.38和4.24微米微米观察到量子阱子带跃迁的吸收峰。通过本项目的研究，优化了非极性GaN材料的MOCVD外延生长技术，得到优化的用于红外波段的非极性AlGaN/GaN子带跃迁的量子阱结构，为今后的探测器研究打好基础，同时得到的非极性GaN材料外延工艺条件，可以用于发光管等器件研究。