摘要: Ⅲ族氮化物半导体材料在光电器件方面具有举足轻重的地位，是微电子材料、光电子、电力电子等高科技产业及国防军工等支柱产业赖以发展的关键材料。III族氮化物光电领域的进展主要归功于氮化物LED的发展。而半极性面氮化镓（GaN）量子阱结构因其能够消... 展开 Ⅲ族氮化物半导体材料在光电器件方面具有举足轻重的地位，是微电子材料、光电子、电力电子等高科技产业及国防军工等支柱产业赖以发展的关键材料。III族氮化物光电领域的进展主要归功于氮化物LED的发展。而半极性面氮化镓（GaN）量子阱结构因其能够消除部分量子斯塔克效应，进一步提高LED的发光效率，而受广泛关注。铝镓氮（AlGaN）合金材料因其禁带宽度在3.4 eV-6.2 eV内连续可调，高Al组分的AlGaN薄膜是制备紫外LEDs、紫外LDs和紫外探测器的重要材料。然而Ⅲ族氮化物半导体器件大规模的商业化，提高Ⅲ族氮化物外延薄膜的结晶质量依旧十分重要。为了改善材料缺陷和应力问题，以提升半导体薄膜的光学特性。本文利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法，生长了极性和半极性GaN和不同Al组分的AlGaN薄膜外延材料。通过高分辨率X射线衍射（HR-XRD）、拉曼光谱（Raman）、椭圆偏振（SE）、紫外可见分光光度计（UV-Vis）等表征手段，研究了材料的结构和光学性质等性质，为制备高质量高性能的GaN基器件提供了有价值的研究结果。主要内容和结论如下： （1）利用MOCVD技术在c面蓝宝石上制备极性GaN和在m面蓝宝石上制备半极性（11-22）面GaN薄膜。通过表征发现c面蓝宝石上的极性GaN和m面蓝宝石上的半极性GaN均表现出良好的晶体质量、发光、吸收和拉曼特性。c面蓝宝石上的GaN比m面蓝宝石上的GaN表现出更高的晶体质量。极性GaN的表面粗糙度小于半极性GaN。随着温度的升高，GaNamp;nbsp;的双轴应力由压缩转变为拉伸应力。极性GaN薄膜中的应力转变温度高于半极性GaN薄膜。GaN在极性和半极性取向上均显示出紫外线发光峰，而仅在极性 GaN 样品中观察到黄色发光峰。与拉曼光谱相关的振荡在两种GaN 取向（极性和半极性）中都显示出随温度的系统性变化。这项工作为具有不同晶体极性的GaN的表征提供了一个研究思路。它有助于根据掺杂（In，Al等）、晶体质量、发射、吸收和光子振荡的应用和要求确定合适的晶体生长机制。 （2）采用MOCVD技术在c面蓝宝石上生长了不同Al组分的AlxGa1-xN外延薄膜，通过高分辨 X 射线衍射、椭圆偏振光谱、紫外可见分光光度计、光致荧光光谱和拉曼光谱对不同Al组分的AlxGa1-xN外延薄膜进行了结构和光学性质的分析，得到了不同Al组分的AlxGa1-xN外延薄膜的晶体质量、厚度、粗糙度以及光学带隙。结果表明随着Al组分的增加，AlGaN晶格常数以及 c/a 逐渐减小,随着 Al 组分的增加薄膜外延层和缓冲层的厚度逐渐减少，而粗糙度逐渐增加。变温椭圆偏振光谱表明温度对高Al组分的AlGaN薄膜的带隙影响较大，而折射率受温度的影响较小。高Al组分的AlxGa1-xN外延薄膜所受的压应力更大。 收起