文档介绍：应变对GaN1-xPx三元合金混溶隙的影响* 河海大学2005年科技基金资助项目,第十一届全国光电技术与系统年会会议论文
魏新卢洪辉杨爽费道花鹏翔柴兴华窦召明
( 河海大学理学院,南京 210098)
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摘要:纤锌矿结构GaN1-xPx 三元合金具有宽的可调制带隙,可用于从紫外到红外的发光器件。但是由于GaN和GaP间较大的晶格失配,使得具有高P组分的GaN1-xPx三元合金的生长非常困难。混溶隙的计算方法通常是通SRS模型(strictly regular solution model)求解自由能和DLP方法(delta-lattice-parameter method)来确定相互作用参数。但是,此种方法与实验结果之间还存在有比较大的误差。本文考虑到GaN1-xPx 三元合金的应变和应变弛豫,对SRS模型略作修正,在自由能项中加入了应变能项,又引入了应变弛豫因子。模拟结果表明,由于GaN1-xPx 三元合金中存在大的晶格失配,使得高P组分的GaN1-xPx 三元合金的生长比较困难,但如果GaN1-xPx 三元合金中存在比较大的应变弛豫,还是可以生长出较高P组分的GaN1-xPx 三元合金,这与目前许多GaN1-xPx 三元合金材料生长的报道相一致。
关键词:混溶隙;GaN1-xPx;应变;相互作用参量;失配
1. 引言
目前广泛应用于蓝绿、紫蓝以及紫外光发射二极管和激光器件中的InGaN合金与GaN之间由于存在着大的晶格常数差异,严重限制了InGaN合金的生长厚度,制约了LED的发展。因此,人们想到用与GaN有更小晶格失配的III-V氮化物材料如GaAsN、GaNP合金来代替InGaN。因GaNP合金具有巨大的带隙能量弯曲系数(bandgap bowing parameter),掺入少量的P就能有效地调制其带隙变窄,形成一种III-V氮化物窄带隙新材料,从而可实现从紫外到红外波长范围的光器件和白光LED,是一种极具应用前景的新材料,近年来已成为国际上Ⅲ族氮化物领域的研究热点[1-3]。但由于GaN和GaP之间的晶格常数相差很大,导致GaN-GaP 体系之间存在很大的溶隙(miscibility gap ),容易出现相分离,从而使得高P组分的GaN1-xPx薄膜的生长特别困难[4]。最近,Kikawa等人采用激光辅助的金属有机化学气相淀积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上成功地生长了P组份比为超过10%的GaN1-xPx 三元合金[5-6].这表明基于非平衡生长条件的MOCVD技术有望获得高P组份的GaN1-xPx -xPx方面研究的报道已不少,但主要集中在合金的分子束外延的制备方法、晶体质量和光学特性的研究,因此,高P 组分的GaN1-xPx三元合金中的相分离机制尚不十分清楚。本文通过严格正规溶液解(strictly regular solution)模型和三角晶格常数(delta-lattice-parameter,DLP)模型求解GaN1-xPx三元合金体系的自由能,考虑GaN1-xPx三元合金中晶格弛豫的存在,对模型进行了修正,计算了晶格弛豫应变能,考虑到应变弛豫度,又引入了晶格弛豫因子。结果表明,我们的模型可以和实验符合得很好。
2. GaN1-xPx三元合金材料的生长
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