研究目的
研究GaN衬底上生长的InGaN层形貌随生长条件和斜切角的变化规律,并与GaN/蓝宝石模板上的生长情况进行对比,以理解过饱和度对形貌和内量子效率的影响。
研究成果
研究表明,随着过饱和度的增加,InGaN形貌会从台阶状转变为二维岛状再发展为三维点状,这一过程受生长温度、速率及小倾角的影响。台阶状形貌能实现最高的内量子效率(IQE),且由于过饱和度与位错密度更低,GaN衬底比GaN/蓝宝石模板更易形成该形貌。这一发现可为高效光电器件的InGaN生长优化提供指导。
研究不足
该研究仅限于特定的生长条件和衬底类型;未探索完整的过饱和度范围或其他材料体系。使用低位错密度的氮化镓衬底可能无法代表所有工业应用场景,且过饱和度的计算涉及可能导致误差的假设。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用金属有机气相外延(MOVPE)技术在c面GaN衬底上生长InGaN层,通过改变生长温度、生长速率和微倾斜角来研究形貌变化。使用原子力显微镜(AFM)分析表面形貌,X射线衍射(XRD)测量厚度和InN摩尔分数,光致发光(PL)评估内量子效率(IQE)。
2:样品选择与数据来源:
在具有不同微倾斜角(0.24°、0.51°、0.97°)的GaN衬底及GaN/蓝宝石模板上生长了4–6 nm厚的InGaN层。根据生长温度、生长速率和微倾斜角的变化,样品分为三个系列,详见表1。
3:24°、51°、97°)的GaN衬底及GaN/蓝宝石模板上生长了4–6 nm厚的InGaN层。根据生长温度、生长速率和微倾斜角的变化,样品分为三个系列,详见表1。
实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:使用水平MOVPE反应器,源材料包括三乙基镓(TEG)、三甲基铟(TMI)、氨气(NH3)和氮气。设备包括用于形貌分析的AFM、结构分析的XRD以及用于PL测量的He-Cd激光器。
4:实验步骤与操作流程:
在受控的温度、压力(500 hPa)和气体流量条件下生长InGaN层。AFM图像采用非接触式轻敲模式获取,进行XRD ω-2θ扫描,并在室温和77 K下测量PL以计算IQE。
5:数据分析方法:
将XRD数据与运动学衍射模拟对比,确定厚度和InN摩尔分数。分析AFM图像的台阶高度、岛尺寸和粗糙度。通过室温与77 K下的强度比值计算PL数据的IQE。
独家科研数据包,助您复现前沿成果,加速创新突破
获取完整内容