项目主要针对深紫外发光器件发光效率低的问题，提出一种新型共振隧穿电子阻挡层，基于超薄AlN/AlGaN/AlN结构的共振隧穿效应调控电子和空穴的传输特性，从而提升内量子效率，并抑制效率衰退效应；基于分子束外延（MBE）系统，采In辅助金属调制生长法进行高Al组分AlGaN及异质结构的生长及p型掺杂，实现对异质结界面、外延层厚度与掺杂浓度的精准调控，进一步提高空穴注入效率。针对项目研究内容及进度计划，2020年度本项目在以下方面开展了相关研究工作： 1.高Al组分AlGaN材料的MBE生长及表面活性机理研究 基于AlN衬底利用MBE在金属表面活性剂辅助下获得了高Al组分AlGaN薄膜，研究了不同In源束流辅助下AlGaN薄膜的结晶质量与发光特性。结果显示，In原子不参与结晶并且在薄膜生长过程中发挥着表面活性剂的作用。在In表面活性剂辅助下AlGaN薄膜以二维层状模式生长，并且适当提高In束流有利于获得更平坦的表面。此外，In还能够促进Al/Ga原子的迁移率，进而提高AlGaN薄膜的结晶质量并在适当In束流下增大Al原子的并入效率，同时能够改善AlGaN薄膜的发光性能。 2.p型掺杂AlGaN材料的模拟计算及外延制备 另外，进行了高Al组分AlGaN材料p型掺杂的初步研究，研究了Mg掺杂浓度的调控，但没有得到较高的空穴浓度。另外，对具有不同结构的p型AlN/AlGaN材料的能带和空穴浓度进行了数值计算和分析。结果显示，在一定范围内增加AlGaN层或AlN层的厚度能够使材料价带顶的振荡更加剧烈，价带顶端的高度增大，导致电离出的空穴浓度随之增大。具有Al组分渐变结构的AlN/AlGaN材料由于极化束缚电荷的产生导致价带带边整体升高，进而使空穴浓度增大。 3.AlN/GaN/AlN共振隧穿结构的生长及调控 基于自支撑GaN衬底进行了超薄AlN/GaN/AlN双势垒结构的外延制备及表征：外延片的表面形貌呈现明显的台阶流，其在5mm×5mm扫描范围内的粗糙度仅为0.21nm；通过阴极荧光（CL）测试得到位错密度降低至1×106cm-2量级；透射电子显微镜（TEM）及EDX Maps则可以观察到AlN/GaN/AlN双势垒结构，有清晰且陡峭的异质界面，并且外延厚度精度达到0.5nm。以上研究结构为制备AlN/GaN/AlN共振隧穿阻挡层结构的深紫外LED的制备奠定了良好的材料基础。 研究成果： [1] 贾浩林，杨文献，陆书龙，丁孙安. 高Al组分AlGaN的MBE生长及表面活性机理. 半导体技术.2020年第9期. [2] 共振隧穿二极管及其制作方法，周祥鹏 陆书龙 邱海兵 杨文献 李雪飞 边历峰. 发明专利. 中国. 申请号：202010877959.9 [3] 一种共振隧穿二极管及其制作方法. 邱海兵、样文献、边历峰、陆书龙、周祥鹏. 发明专利. 中国. 申请号：202010878088.2 |