论文部分内容阅读
随着氮化物材料质量的不断改善,应用于显示照明和通信技术的发光二极管(LED)、激光二极管(LD)以及大功率的高电子迁移率晶体管(HEMT)的制造技术得到提高。非极性面氮化物量子结构(如基于a面GaN的量子阱)因摒除了会限制发光器件性能的内建极化场(存在于沿[0001]生长的氮化物材料)的作用,有望进一步提高器件的效率而受到广泛关注。目前,AIGaN合金材料具有从3.4eV到6.2eV连续可调的直接带隙的能带结构,覆盖整个太阳盲区,成为半导体在紫外波段应用优选材料,p-AIGaN是紫外p-n结型光电子器件的重要基础。Mg作为川族氮化物重要的p型掺杂剂,其在AlGaN薄膜中的掺杂机制和激活行为尚不清楚。本论文集中采用光学表征技术对在r面蓝宝石上生长的a面GaN的光学各向异性以及AIN插入层上生长的Mg掺杂AlGaN的光学性质进行了分析研究,研究手段涵盖光致荧光谱(PL),椭圆偏振光谱,高分辨率X射线衍射谱、电子显微镜及联合阴极荧光谱(CL)系统。获得的主要研究结果如下：1、采用偏振带边光致荧光谱(PL)揭示了r面蓝宝石上生长的a面GaN薄膜面内的各向异性的发光性质。其物理起源于由晶格失配引起的晶格各向异性的应变使位于布里渊区中心「点的价带子带分裂和对应的偏振选择光复合跃迁。PL可探测到子带分裂能量差为11meV-17meV,并发现随着薄膜厚度的增大,薄膜内应力弛豫,晶格应变减小,子带分裂的能量差减小。2、采用椭圆偏振吸收谱从能量吸收的角度观察到a面GaN的价带分裂情况,获得了a面GaN面内各向异性的吸收系数,通过吸收系数与禁带宽度的关系验证了PL谱的结论。3、采用阴极荧光谱(CL)研究Mg掺杂高AI组份AI×Ga1-xN薄膜(x>0.5)的光学特性。Mg掺杂的Al0.54Ga0.46N薄膜,其能带边发光随掺杂浓度增加而逐渐淬灭,发光主要取决于导带-受主对复合发射(e-A)左侧和施主-受主对复合发射(DAP)；确定了Mg受主相关的杂质能级之一,在价带上约655meV能量位置处。另外,用AIGaN低AI组分时的横向组分分凝的现象解释了低AI组分AIGaN阴极荧光发光强度的减弱。