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(lái)越受到研究者的重視。有關(guān)GaN 材料外延生長(zhǎng)、工藝技術(shù)以及測(cè)試手段的眾多突破性進(jìn)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(shí)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(duì)于其生長(zhǎng)過(guò)程與材料特性做了大量研究工作。這些研究對(duì)襯底的處理、材料的成核以及晶核合并過(guò)程中各種生長(zhǎng)參數(shù)進(jìn)行分析綜合優(yōu)化，在得到了高質(zhì)量GaN 材料的同時(shí)提出了一些外延生長(zhǎng)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(zhǎng)工藝的差別，仍需要進(jìn)一步地研究用以完善或修正這些關(guān)系。本文重點(diǎn)關(guān)注實(shí)驗(yàn)中常用的反應(yīng)室生長(zhǎng)壓力范圍內(nèi)(100～500Torr)，不同的生長(zhǎng)壓力對(duì)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(zhǎng)條件相對(duì)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(lán)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)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(zhǎng)實(shí)驗(yàn)

　　實(shí)驗(yàn)中材料均采用Veeco公司D180型金屬有機(jī)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(lán)寶石襯底上，采用三甲基鎵(TMGa)作為外延生長(zhǎng)過(guò)程中的GaN源，高純氨氣(NH3)作為N 源，同時(shí)以高純氫氣(H2)作為生長(zhǎng)過(guò)程中的載氣，材料中不進(jìn)行任何摻雜。首先在襯底上外延25nm 的GaN 成核層，生長(zhǎng)溫度為500℃、反應(yīng)室壓力500Torr。隨后經(jīng)高溫退火實(shí)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(zhǎng)3μm 左右GaN，生長(zhǎng)溫度為1000 ℃，其Ⅴ/Ⅲ 隨不同的生長(zhǎng)壓力以及材料形貌優(yōu)化的要求作一定調(diào)整。外延生長(zhǎng)得到的樣品通過(guò)德國(guó)Bruker公司D8Discover高分辨X 射線雙晶衍射儀(HRXRD)測(cè)試樣品搖擺曲線的半高寬來(lái)表征位錯(cuò)密度，其中材料(002)面搖擺曲線半高寬可表征螺位錯(cuò)密度，(102)面搖擺曲線的半高寬表征刃位錯(cuò)密度。樣品的光學(xué)性能通過(guò)325nm波長(zhǎng)的激光器測(cè)試其光致發(fā)光(PL)譜來(lái)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(guò)Hall測(cè)試儀測(cè)試得到。