非极性gan薄膜及其衬底材料

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1、第35卷第4期人工晶体学报V01．35No．42006年8月JOURNAL0FSYNTHETICCRYSTALSAugust，2006非极性GaN薄膜及其衬底材料周健华，周圣明，邹军，黄涛华，徐军，谢自力，韩平，张荣(1．中国科学院上海光学精密机械研究所，上海201800；2．中国科学院研究生院，北京100039；3．南京大学物理系，南京210093)摘要：本文分析了在不同衬底上生长无极性GaN薄膜的情况，这些衬底主要包括y-HA10、r面蓝宝石等。通常在蓝宝石上制备的GaN外延膜是沿c轴生长的，而c轴是GaN的极性轴，导致GaN基器件有

2、源层量子阱中出现很强的内建电场，发光效率会因此降低，发展非极性面外延，有望克服这一物理现象，使发光效率提高。关键词：r面蓝宝石；y-LiAIO2；n面GaN；m面GaN中图分类号：0484文献标识码：A文章编号：1000-985X(2006)04-0765-07NonpolarGaNFilmsandTheirSubstrateZHOUJian．hua，ZHOUSheng．ming，ZOU，HUANGTao．hua，XUNJun，XIEZi．1i。HANPZHANGRongj(1．ShanghaiInstituteofOpticsandFi

3、neMechanics，ChineseAcademyofSciences，Shanghai201800，China；2．GraduateSchooloftheChineseAcademyofSciences，Beijing100039，China；3．DepartmentofPhysics。NanjingUniversity，Nanjing210093，Cllina)(Received18November2005，accepted12March2006)Abstract：ThisreviewfocusesmainlyontheGaNfil

4、msdepositedonavarietyofsubstrates，-HA102andr．planesapphireespecially．GaNfilmsonsapphirealecommonlygrowninthepolarc([0001])direction，whichleadstoas~onginternalelectrostaticfieldinquantumwellsbasedonGaN，andhencedecreasingtheintensityofluminescence．Epitaxialgrowthofnonpolalw

5、urtziteGaNfilmsprovidesapromisingmeansofcircumventingthephysicalphenomenonandagoodperformanceinvisibleband．Keywords：r．planesapphire；-HAlO2；口-planeGaN；m-planeGaN引言近年来，GaN作为一种新的光电功能材料，以其宽直接带隙、高稳定性、高热导率、高硬度以及组成合金后的宽发光光谱范围的优良性质¨吸引了越来越多的人们的注意力。它的可应用方面很多，包括固态照明、固体激光器、光信息存储、紫外探测

6、器等等。按中国2002年的用电情况计算，如果采用固态照明替代传统光源，一年可以省下三峡水电站的发电量，有着巨大的经济、环境和社会效益；而据美国能源部测算，到2010年，全美半导体照明行业产值将达500亿美元。在光信息存储方面，以GaN为基础的固体蓝光激光器可大幅度提高光存储密度。正因为这些优点，GaN及其合金被寄予厚望。但是，GaN薄膜通常是沿着其极性轴c轴方向生长的，由自发极化和压电效应而产生的强大的内建电场收稿日期：2005—11—18；修订日期：2006-03．12基金项目：中国科学院“百人计划”和国家高技术研究发展计划(No．20

7、04AA311080)资助课题作者简介：周健华(1981．)，男，江苏省人，硕士研究生。E-mail：zhoujianhua@mail．siom．ae．el人工晶体学报第35卷大大地降低了发光效率，因此人们便考虑让薄膜生长方向垂直于c轴，也就是所谓的无极性薄膜。P．Waltereit14]、E．Kuokstis等人的研究表明，在LiAIO2上生长的m面(1lO0)GaN量子阱荧光衰减时间比c面降低了一个数量级，发光光谱也不会再随着激发功率的增强而蓝移。这些清楚地表明了极化影响的消失。其他无极性薄膜有类似的结果。另外，无极性GaN薄膜还有其

8、他一些特性，比如，偏振性质、缺陷及其引发的状态等等。总之，生长无极性薄膜为充分发挥GaN材料的应用潜力提供了可能。2无极性GaN膜『0000dx5oll000dx500lL出l出1dz300o