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以GaN为代表的第三代半导体材料以其优异的性能成为近年来人们研究的热点之一,被广泛的应用于抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件和各种发光、光探测器件。在借鉴前人的生长经验的基础上,利用Thomas Swan公司的MOCVD生长系统,对GaN/Al2O3薄膜生长工艺进行了一定的探索,获得了成熟的两步法生长工艺,能重复生长出表面平整,位错密度在108cm-2量级的GaN/Al2O3薄膜,同时对薄膜进行了湿法腐蚀,观察到了明显的层状分布,说明了薄膜进入了二维的层状生长,这一点也在AFM的表面形貌表征中得到证实。对相同条件下生长的不同厚度的c面GaN薄膜进行了(0002)面和(2021)面的X射线衍射测量,晶面的摇摆曲线的半峰宽表明薄膜中存在着一定的位错密度,并且刃位错密度要比螺位错密度多一个数量级。发现膜厚的增加,会使得薄膜中的位错密度显著减少,并且螺位错密度的减少速度要快于刃位错密度的。对样品的位错密度进行的Ayers拟合发现,在薄膜由二维三维混合生长阶段向二维生长阶段转变的过程中,位错密度的减少速度也急剧下降,最后趋于缓和。结合Pseudo-Voigt函数拟合方法和Williamson-Hall方法对薄膜内的马赛克结构随厚度的变化进行了细致的研究。发现随着厚度的增加,马赛克结构的一致规则性越来越好,具体表现在面内旋转角越来越小,面外倾斜角越来越小,横向关联长度逐渐变大。同时还注意到这几个方面的变化速度是逐渐降低的,这说明到达一定厚度后,薄膜近似同质外延,厚度的增加,对膜内马赛克结构的影响越来越弱。同时对薄膜的光学性能进行了测试,得到不同厚度的GaN的吸收谱和PL谱中的带边峰位均在3.38eV左右,说明厚度的改变对生长质量良好的外延片的禁带宽度不会产生影响,由于多次内反射造成的法布里-珀罗干涉条纹在透射谱和PL谱中均能观察到,并且可以用来粗略计算薄膜的厚度。在PL谱中没有观察到黄光带,相反观察到了随膜厚度增加峰位发生蓝移,并且发光强度也增加的蓝光带。分析认为ON的不断引入让VGa-ON数量变多,并且能级被拉低,使得由ON施主能级向VGa-ON能级的跃迁产生的蓝光带随厚度发生上述改变,同时对其中一个样品的正照背照的PL谱对比试验发现,背照情况下黄光带变得很明显,并且强度很大,分析认为GaN薄膜和衬底间的缓冲层中存在大量的缺陷。