發(fā)光學(xué)報(bào)第卷第期120Vol.20,No.1M,1999年月3OF19993外延層中的缺陷對光學(xué)性質(zhì)的影響GaN康俊勇黃啟圣小川智哉a)廈門大學(xué)物理系廈門,()學(xué)習(xí)院大學(xué)理學(xué)部東京都日本)(,a)摘要用金屬有機(jī)化合物氣相外延)方法生長具有不同表面形貌的非摻雜MOV并對部分樣品的外延層表面進(jìn)行鏡面加工.,觀察中深能級(jí)發(fā)光、缺陷散射光分布和拉曼散射光頻移結(jié)果表明缺陷不但影響.,的發(fā)光和光散射而且影響拉曼頻移.,關(guān)鍵詞缺陷光學(xué)性質(zhì),,1引言半導(dǎo)體及相關(guān)化合物在短波長光電器件、高溫器件、大功率器件和高頻大功率GaN器件等方面有廣泛的應(yīng)用前景近年來由于用外延法能生長出具有平整表面薄.,GaN膜使的應(yīng)用迅速得到推廣于是相繼有.,[1]高亮度藍(lán)色發(fā)光管、藍(lán)光脈沖[2],GaNGaN激光器、藍(lán)光連續(xù)波激光器研制成功的報(bào)道目前日亞化學(xué)工業(yè)公司研制出的.,GaN外延時(shí)極易產(chǎn)生缺陷藍(lán)光連續(xù)波激光器的工作壽命已能達(dá)到一萬小時(shí)由于GaN.,,[4]因此有必要對外延層的缺陷及光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究.,GaN報(bào)道了用MOVPE方法生長具有不同表面形貌的非摻雜對部分外延層的表面進(jìn)行鏡面加工通過陰極射線發(fā)光、光散射和拉曼散射方法觀察外延層光學(xué)性質(zhì).GaN和缺陷的變化探討缺陷與光學(xué)性質(zhì)變化的物理聯(lián)系..2實(shí)驗(yàn)方法樣品用常壓系統(tǒng)在藍(lán)寶石襯底的MOVPE晶面上生長在1150℃用.[5](0001)GaN和NH混合氣流氮化襯底表面在550℃生長厚度約為20nm的緩沖層在1050℃用三H..23甲基鎵和氣體生長厚度為～410m的外延層氮化時(shí)間較長的樣品表面呈六角ANH,3小丘結(jié)構(gòu)氮化時(shí)間較短的樣品表面平整被拋光表面的外延層厚度控制在;B.樣品的表面形貌和陰極射線發(fā)光由掃描電子顯微鏡觀測發(fā)光探測JEOL5300.器探測波長范圍為～光散射測量所用樣品的晶面平行于(0001)平xy400650面放置激光經(jīng)聚焦后沿方向入射到外延層在方向觀測散射光用()方式,GaN;;.xzxyxz測量樣品的拉曼散射散射光由2CCD探測器探測SPEX1887.,3結(jié)果與分析用電子背散射觀測樣品表面形貌樣品的外延層表面呈多六角小丘結(jié)構(gòu)小丘由.A,3國家自然科學(xué)基金和福建省自然科學(xué)基金資助課題年月日收到5第期1:外延層中的缺陷對光學(xué)性質(zhì)的影響31的規(guī)律這些缺陷不但能對光散射而且其相關(guān)深能級(jí)能產(chǎn)生陰極射線發(fā)光.,.用()方式觀測拋光樣品的拉曼散射樣品和的E2模散射光拉曼頻移分.AB,xyxz別為增大和根據(jù)已知的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,E2模散射光拉曼頻移隨樣品中應(yīng)力的增加而571566.-1分析認(rèn)為樣品中的應(yīng)力比樣品的大其原因可能是樣品中引起光學(xué)性.,AB;A[7]質(zhì)不均勻的缺陷密度低能容納襯底和薄膜間晶格失配所產(chǎn)生應(yīng)力的缺陷較少.,GaN4結(jié)論用MOVPE方法生長具有不同表面形貌的非摻雜并對部分樣品和的外ABGaN,延層表面進(jìn)行鏡面加工通過陰極射線發(fā)光方法觀察外延層中缺陷深能級(jí)發(fā)光的分布.;用光散射方法觀察缺陷散射光的分布通過拉曼散射分析外延層的拉曼頻移結(jié)果表.;明,GaN中的缺陷不但影響發(fā)光和光散射性質(zhì)而且影響拉曼頻移,.參考文獻(xiàn)[1]Hal,AppPhys.Lett.,:[2]NSal,AppPhys.Lett.,:[3]AIal,Jpn.AppPhys.,:LNSal,Jpn.AppPhys.,:L7[4]NSal,PS’97,O,a,,[5]al,AppPhys.Lett.,:[6]FAal,AppPhys.Lett.,:5[7]aJal,AppPhys.,:DIESOFKangJunyongHuangQishengOgawaTomoyaa)(,,)DepatPXUniversityX)DepatP,University,ToJ)AbstractUndopedGaNepilayerswithdifferentsurfacemorphologiesweregrownbyMOVPE,andsurfacesofpartofepilayerswerepolished.Luminescencedistribuofdeeplevels,scatteringlightofdefects,andRamanshiftweremeasuredbycathodoluminescence,lightscattering,andRamanscattering,respectively.TheresultsshowthatthedefectsinGaNepilayersinfluencenotonlyontheluminescenceandlightscatteringpropertiesbutalsoontheRamanshKeywordsGaN,defect,opticalpropertyReceivedM發(fā)光學(xué)報(bào)第卷30六個(gè)小面構(gòu)成小面相交構(gòu)成的晶棱在1120小丘的,(0001),-尺度在數(shù)十微米量級(jí)樣品的外延層表面在宏觀上呈鏡面..B對于樣品A,發(fā)光強(qiáng)度依次減弱對于樣品陰極,.B,射線發(fā)光強(qiáng)度在宏觀上分布相對均勻這與已有的觀察結(jié)果一致人們知道陰極射..[6],線發(fā)光強(qiáng)度不但取決于單位面積發(fā)光強(qiáng)度而且取決于縱向發(fā)光厚度為了避免表面形,.貌引起的縱向發(fā)光厚度變化的影響我們進(jìn)一步觀測了拋光樣品的陰極射線發(fā)光對于,.樣品A,發(fā)光強(qiáng)度分布的均勻性有很大的改善1120,-排列的線段和一些無規(guī)的大斑點(diǎn)組成如圖)所示對于樣品發(fā)光強(qiáng)度分布未見,1.B,有顯著變化發(fā)光強(qiáng)度分布主要由無規(guī)的微小斑點(diǎn)組成如圖)所示由于探測器的,,1.探測能量范圍遠(yuǎn)小于帶隙圖主要代表缺陷深能級(jí)的發(fā)光分布,1.圖樣品1()和()的陰極射線發(fā)光AaBbF1DluminescenceepA(a)B(b).用光散射法觀測到的表面拋光的外延層缺陷散射光分布如圖所示對于樣品2.GaN外延層中缺陷散射光主要分布在三組平行的線條上并相互交叉形成網(wǎng)絡(luò)如圖2A,(a),,所示1120對于樣品散射光分布較密集并且