非极性面高Al组分AlGaN基深紫外LED外延材料与器件的研究

本项目针对传统c 面氮化物半导体中普遍存在的极化效应，以及高Al组分AlGaN材料中特有的对缺陷极为敏感、易龟裂、低电导性等导致发光效率降低的问题，拟在r面蓝宝石衬底上开展a面高Al组分AlGaN材料的外延生长研究，以消除极化效应；通过采用表面迁移增强型的MOCVD生长方法，促进薄膜的二维生长,提高AlGaN材料中马赛克状分布的亚晶粒的尺寸，消除高Al组分AlGaN外延材料中由内秉张应力造成的龟裂问题；并采用凹槽图案化的模板，进行横向外延再生长技术以减少缺陷、降低张应力，最终获得高质量的非极性面高Al组分AlGaN材料。研究非极性面高Al组分AlGaN材料的n型与p型掺杂物理性质，优化n型与p型掺杂浓度和载流子迁移率。设计和优化深紫外发光的AlGaN量子阱，提高有源发光区的深紫外发光效率。在以上工作的基础上，研究与制备出非极性面高Al组分AlGaN深紫外光发射器件。

本项目针对传统c 面氮化物半导体中普遍存在的极化效应，以及高Al组分AlGaN材料中特有的对缺陷极为敏感、易龟裂、低电导性等导致发光效率降低的问题，拟在r面蓝宝石衬底上开展非极性面高Al组分AlGaN基深紫外LED的外延生长和器件制备研究，以消除极化效应和提高晶体质量。在项目的执行过程中，我们首先研究了在图形衬底上外延生非极性和半极性氮化物半导体的方法，成功地在蓝宝石和硅衬底上进行了半圆形图案和条状图案的图形衬底制备，并完成了非极性面和半极性面GaN材料的生长，其各项性能指标均优于在平面衬底上长出来的材料。同时我们也对一般的AlN模板上外延生长AlGaN薄膜的位错形成机制进行了原理性地研究，也对不同In组分的InGaN量子阱材料在半极性面GaN衬底上的缺陷形成机制进行了研究。这些工作为图案化基板上非极性面AlGaN薄膜及其异质结结构的生长打下了良好的基础。