0　引言

　　隨著半導體發光二極管(LED)以及電力電子器件的發展，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GaN 材料外延生長、工藝技術以及測試手段的眾多突破性進展使得LED、半導體激光器以及高遷移率晶體管(HEMT)等電子器件實現了產業化。而GaN 薄膜材料作為諸多應用的基礎，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進行分析綜合優化，在得到了高質量GaN 材料的同時提出了一些外延生長條件與材料質量的相互關系。然而由于外延設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系。本文重點關注實驗中常用的反應室生長壓力范圍內(100～500Torr)，不同的生長壓力對于非摻雜GaN 薄膜材料光學性能與電學性能的影響。研究發現低壓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 之間的氣相反應造成的碳雜質沾污，從而抑制造成PL 中黃光峰與藍光峰的深受主的形成，所制備的材料體現出更好的光學性能。而不同的生長壓力下GaN 薄膜體現出不同的電學性能，即高壓下(500Torr)生長的材料通常表現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氣相沉積(MOCVD)設備制備。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℃、反應室壓力500Torr。隨后經高溫退火實現GaN 成核，成核后的材料分別在不同的反應室壓力(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化的要求作一定調整。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。樣品的光學性能通過325nm波長的激光器測試其光致發光(PL)譜來表征，而樣品的載流子濃度和載流子遷移率等電學性能參數通過Hall測試儀測試得到。