实现电学性能优良的高Al组分AlGaN外延层是制备深紫外光电器件最重要的环节之一。本工作利用分子束外延(MBE)技术, 基于周期热脱附的生长方式, 通过改变Al源供应量调控Al组分, 并用Si进行n型掺杂, 在AlN/蓝宝石衬底上得到了系列高Al组分的Si-AlxGa1-xN外延层(x＞0.60)。对外延层相关物理性质进行了表征测试, 结果表明, 外延层Al组分与生长过程中Al束流大小呈现线性关系, 这为制备精确Al组分的AlGaN外延层奠定了基础。AFM结果表明, 高Al组分AlGaN外延层的表面形貌强烈依赖于Ga的供应量, 在生长过程中提高Ga束流可以显著降低外延层的粗糙度。基于范德堡法测量Si-AlGaN外延层电学性能, 证实其载流子特性良好, 其中 Al组分为0.93的样品室温下自由电子浓度、电子迁移率和电阻率分别达到了8.9×1018 cm-3和3.8 cm2·V-1·s-1和0.18 Ω·cm。

对高Al组分AlxGa1-xN(x=50%)进行了ICP刻蚀实验研究, 在刻蚀深度相同的前提条件下, 对比分析了ICP腔室压力与AlGaN表面损伤之间的相互关系, 并讨论了低温热退火对ICP刻蚀损伤的修复作用。XPS测试结果表明, 与未经刻蚀的AlGaN表面相比, ICP刻蚀之后的AlGaN表面其表面氮空位VN明显增多, 且Al2p、Ga3d等峰位均向高结合能方向漂移。分析讨论发现, ICP腔室压力过小或过大均不利于获得低损伤的刻蚀表面, 此外, 低温热退火(380℃-200s)对表面氮空位有一定的修复作用, 但修复效果较为有限。

在沉积肖特基金属之前, 对非掺的Al0.45Ga0.55N采用了不同时间的氟基等离子体处理, 其中Al组分对应日盲波段。与未做氟基等离子体处理的样品相比, 经过处理的Al0.45Ga0.55N肖特基二极管在反向-10V的漏电流密度随处理时间的增加而减少, 其中处理1min的样品的漏电流密度减少了5个数量级。X射线光电子谱分析证明了处理过的样品表面Ga-F和Al-F键的形成。反向漏电的减少可能是由氟基等离子体处理耗尽了电子和有效钝化了表面态导致的。