0　引言

　　隨著半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)以及電力電子器件的發(fā)展，Ⅲ族氮化物薄膜材料的制備越來越受到研究者的重視。有關(guān)GaN 材料外延生長、工藝技術(shù)以及測試手段的眾多突破性進展使得LED、半導(dǎo)體激光器以及高遷移率晶體管(HEMT)等電子器件實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。而GaN 薄膜材料作為諸多應(yīng)用的基礎(chǔ)，人們對于其生長過程與材料特性做了大量研究工作。這些研究對襯底的處理、材料的成核以及晶核合并過程中各種生長參數(shù)進行分析綜合優(yōu)化，在得到了高質(zhì)量GaN 材料的同時提出了一些外延生長條件與材料質(zhì)量的相互關(guān)系。然而由于外延設(shè)備與生長工藝的差別，仍需要進一步地研究用以完善或修正這些關(guān)系。本文重點關(guān)注實驗中常用的反應(yīng)室生長壓力范圍內(nèi)(100～500Torr)，不同的生長壓力對于非摻雜GaN 薄膜材料光學(xué)性能與電學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)低壓100Torr(1Torr=133.3224Pa)的外延生長條件相對于500Torr可以有效地降低Ga源與NH3 之間的氣相反應(yīng)造成的碳雜質(zhì)沾污，從而抑制造成PL 中黃光峰與藍光峰的深受主的形成，所制備的材料體現(xiàn)出更好的光學(xué)性能。而不同的生長壓力下GaN 薄膜體現(xiàn)出不同的電學(xué)性能，即高壓下(500Torr)生長的材料通常表現(xiàn)為更高的載流子濃度與更高遷移率，而低壓下(100Torr)生長的樣品通常表現(xiàn)為更低的載流子濃度與更低遷移率。而理想的非摻雜GaN 材料則通常要求同時具有更低的載流子濃度以及更高的載流子遷移率。

　　1　材料生長實驗

　　實驗中材料均采用Veeco公司D180型金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)設(shè)備制備。外延薄膜淀積在φ50mm 的c面(0001)藍寶石襯底上，采用三甲基鎵(TMGa)作為外延生長過程中的GaN源，高純氨氣(NH3)作為N 源，同時以高純氫氣(H2)作為生長過程中的載氣，材料中不進行任何摻雜。首先在襯底上外延25nm 的GaN 成核層，生長溫度為500℃、反應(yīng)室壓力500Torr。隨后經(jīng)高溫退火實現(xiàn)GaN 成核，成核后的材料分別在不同的反應(yīng)室壓力(500Torr與100Torr)下生長3μm 左右GaN，生長溫度為1000 ℃，其Ⅴ/Ⅲ 隨不同的生長壓力以及材料形貌優(yōu)化的要求作一定調(diào)整。外延生長得到的樣品通過德國Bruker公司D8Discover高分辨X 射線雙晶衍射儀(HRXRD)測試樣品搖擺曲線的半高寬來表征位錯密度，其中材料(002)面搖擺曲線半高寬可表征螺位錯密度，(102)面搖擺曲線的半高寬表征刃位錯密度。樣品的光學(xué)性能通過325nm波長的激光器測試其光致發(fā)光(PL)譜來表征，而樣品的載流子濃度和載流子遷移率等電學(xué)性能參數(shù)通過Hall測試儀測試得到。