0 引言
随着半导体发光二极管(LED)以及电力电子器件的发展，Ⅲ族氮化物薄膜材料的制备越来越受到研究者的重视。有关GaN 材料外延生长、工艺技术以及测试手段的众多突破性进展使得LED、半导体激光器以及高迁移率晶体管(HEMT)等电子器件实现了产业化。而GaN 薄膜材料作为诸多应用的基础，人们对于其生长过程与材料特性做了大量研究工作。这些研究对衬底的处理、材料的成核以及晶核合并过程中各种生长参数进行分析综合优化，在得到了高质量GaN 材料的同时提出了一些外延生长条件与材料质量的相互关系。然而由于外延设备与生长工艺的差别，仍需要进一步地研究用以完善或修正这些关系。本文重点关注实验中常用的反应室生长压力范围内(100～500Torr)，不同的生长压力对于非掺杂GaN 薄膜材料光学性能与电学性能的影响。研究发现低压100Torr(1Torr=133.3224Pa)的外延生长条件相对于500Torr可以有效地降低Ga源与NH3 之间的气相反应造成的碳杂质沾污，从而抑制造成PL 中黄光峰与蓝光峰的深受主的形成，所制备的材料体现出更好的光学性能。而不同的生长压力下GaN 薄膜体现出不同的电学性能，即高压下(500Torr)生长的材料通常表现为更高的载流子浓度与更高迁移率，而低压下(100Torr)生长的样品通常表现为更低的载流子浓度与更低迁移率。而理想的非掺杂GaN 材料则通常要求同时具有更低的载流子浓度以及更高的载流子迁移率。
1 材料生长实验
实验中材料均采用Veeco公司D180型金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)设备制备。外延薄膜淀积在φ50mm 的c面(0001)蓝宝石衬底上，采用三甲基镓(TMGa)作为外延生长过程中的GaN源，高纯氨气(NH3)作为N 源，同时以高纯氢气(H2)作为生长过程中的载气，材料中不进行任何掺杂。首先在衬底上外延25nm 的GaN 成核层，生长温度为500℃、反应室压力500Torr。随后经高温退火实现GaN 成核，成核后的材料分别在不同的反应室压力(500Torr与100Torr)下生长3μm 左右GaN，生长温度为1000 ℃，其Ⅴ/Ⅲ 随不同的生长压力以及材料形貌优化的要求作一定调整。外延生长得到的样品通过德国Bruker公司D8Discover高分辨X 射线双晶衍射仪(HRXRD)测试样品摇摆曲线的半高宽来表征位错密度，其中材料(002)面摇摆曲线半高宽可表征螺位错密度，(102)面摇摆曲线的半高宽表征刃位错密度。样品的光学性能通过325nm波长的激光器测试其光致发光(PL)谱来表征，而样品的载流子浓度和载流子迁移率等电学性能参数通过Hall测试仪测试得到。
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