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高性能AlGaNGaN异质结材料的MOCVD生长与特性研究
摘要：
氮化镓（GaN）是一种重要的半导体材料，具有高电子迁移率、高饱和漂移速度、高热稳定性和高化学稳定性等优异性能，已成为高功率电子器件、紫外光电子器件和白光LED的主要材料。本文介绍了在MOCVD生长技术下制备高性能的AlGaNGaN异质结材料的研究，概述了GaN材料的结构和性能，重点阐述了MOCVD生长过程中的实验操作、表面质量和生长结构以及AlGaNGaN异质结的电学性质，以期为材料的制备和发展提供有力的参考依据。
关键词：氮化镓，MOCVD，AlGaNGaN异质结材料，电学性质
一、介绍
氮化镓（GaN）是一种高性能的半导体材料，具有广泛的应用前景，例如在高功率电子器件、紫外光电子器件和白光LED中。AlxGa1-xN是一种可用于制备高性能异质结器件的材料。在AlxGa1-xN异质结体系中，较大的组分差异导致了晶格应力，从而影响材料性能。因此，研究AlxGa1-xN异质结材料的生长和性能具有重要的意义。
MOCVD是制备高质量GaN及其异质结体系的主要方法之一。在MOCVD生长过程中，主要涉及腔体预处理、载气、沉积气体、反应温度和压力等多个因素。如何优化这些参数，降低氮化物多晶层的含量和缺陷密度，提高AlxGa1-xN的质量，是制备高性能AlxGa1-xN异质结材料的关键问题之一。
二、MOCVD生长AlxGa1-xN异质结材料实验
本文采用MOCVD技术，在800℃下生长了AlxGa1-xN，并在此基础上制备了AlxGa1-xN/GaN异质结材料。生长条件是：氨气流量为300sccm，三甲基铝和三乙基铝流量分别为10mmol/min和5mmol/min，V/III比为1000。子板温度为990℃。生长前的GaAs及1μmGaN生长步骤，以增加表面粗糙度并改善材料质量。实验如下：
1.采用金属有机化学试剂来提供所需的元素。
2.单晶硅衬底被用作模板，并在表面沉积一层预处理层，该层通常是AlN或GaN。
3.模板进行超声波清洗，过程中使用无氢氟酸，这有助于去除任何表面氧化物或杂质。
4.在模板表面沉积薄膜，并使用MOCVD方法沉积氮化铝，给予试样所需的基础线和平坦表面特性。
5.再次把试样放回到MOCVD反应器中，在高温条件下沉积AlxGa1-xN异质结材料。
通过此方法，我们制备了高质量的AlxGa1-xN异质结材料，可以通过调整反应条件控制AlxGa1-xN的含量和厚度。采用X光衍射图（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对材料进行了表征。
三、AlxGa1-xN异质结材料结构与性能
1.表面形貌
SEM的图像表明，AlxGa1-xN异质结的表面形貌良好，表面缺陷和杂质少。
2.晶体结构
XRD图表明，材料生长在（0001）GaN表面上，AlxGa1-xN和GaN晶格匹配。并且，通过拟合分析XRD应变曲线，可以确定AlxGa1-xN薄膜中的Al和Ga的含量。
3.光学性质
薄膜的光学性能通过荧光谱测量获得。AlxGa1-xN异质结的激子峰值吸收峰位于200~400nm之间，而峰值位置随热退火温度升高而出现蓝移现象。激子荧光的强度与AlxGa1-xN的Al含量、厚度和热退火温度等因素有关。
4.电学性质
通过传导带顶部的能带边缘位置、载流子浓度、电阻率等参数研究AlxGa1-xN异质结材料的电学性质。异质结器件的电学性能在一定程度上取决于AlxGa1-xN的Al含量以及异质结的生长结构。随着Al含量的增加，载流子浓度增大，电阻率降低。
四、结论
本文采用MOCVD生长技术制备了AlxGa1-xN异质结材料，并对其结构和性能进行了表征分析。SEM图像表明，薄膜表面形貌良好，缺陷和杂质较少。通过XRD和荧光谱分析，确定了AlxGa1-xN薄膜的结构和光学性质，通过传导带顶部的能带边缘位置、载流子浓度、电阻率等参数研究了其电学性质。结果表明，生长参数的调整可以显著影响AlxGa1-xN的含量和结构，从而影响其性能。这项研究为制造高性能AlxGa1-xN异质结材料提供了重要的参考数据，具有实际应用价值和深远的意义。