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由于在光电探测器、太阳能电池等领域的重要应用,近年来In(Ga)N的研究受到广泛关注。本论文利用水平反应腔低压MOCVD方法进行In(Ga)N/GaN薄膜和纳米结构异质外延生长,并对它们的生长模式、结构性质和光学性质进行了研究。此外,制作了Ni-Au/InGaN/GaN异质结光电器件,并对其性能进行了测试分析。所取得的主要研究成果如下:
1.结合在位监测曲线、X射线衍射(XRD)以及原子力显微镜(AFM)等测试方法,研究了生长温度、反应室压力等对在GaN/Sapphire模板上异质外延InGaN薄膜材料的影响。研究发现,生长温度降低、TEGa流量增大和反应室压力增加,都会导致In组分增加。通过微区阴极荧光(CL)和二次电子(SE)形貌显微图像的测试分析,发现InGaN外延膜的CL峰值能量和强度的分布与穿透位错的分布紧密相关,即位错的分布影响InGaN外延膜In组分的空间分布。
2.基于光荧光(PL)以及光吸收谱的测量,分析了高电子浓度InN薄膜的光发射与光吸收谱的线形,认为发光跃迁可能与低密度局域态紧密相关,而吸收边则足由本征的带间跃迁决定的。PL谱以及吸收谱测得的InN薄膜的带隙大致在0.7eV左右。
3.在自组织Ni颗粒作掩膜干法刻蚀形成的GaN纳米柱阵列上进行InN覆盖层的外延生长研究。研究了生长温度对InN覆盖层小平面生长形貌的影响。发现GaN纳米柱侧壁上生长InN具有典型的非极性生长的特征。利用透射电子显微镜(TEM)和选区电子衍射(SAED)观测到GaN纳米柱侧壁上生长的InN层中出现了周期排列的堆垛层错。层错的引入有利于释放InN与GaN之间因晶格失配产生的应力。纳米柱上生长的InN覆盖层XRD(0002)ω扫描曲线出现了多峰现象,反映出在纳米柱不同区域生长的InN覆盖层之间存在因合并造成的微小晶向倾斜。
4.在GaN纳米柱阵列上进行了InGaN覆盖层的外延生长。研究了GaN纳米柱的高度以及MOCVD生长参数对InGaN生长的影响。利用动力学Wulff图,分析了InGaN覆盖层表面形貌的成因。
5.结合微区CL和SE形貌显微图像分析了GaN纳米柱上生长的InGaN覆盖层的In组分分布,发现沿柱的方向自下而上In组分是增加的现象,并对此作出了解释。
6.制作了Ni-Au/InGaN/GaN结构光电器件,研究了器件的结构和光电特性。结合Ni-Au/InGaN/Ni-Au MSM结构器件的电流-电压(Ⅰ-Ⅴ)曲线的测量分析,表明Ni-Au与InGaN之间形成Schottky接触。结合横截面电子束诱导电流(EBIC)、器件的光电流谱和能带图的分析,发现Ni-Au/InGaN Schottky结与InGaN/GaN同型异质结的正向是一致的。