AlGaN材料具有直接带隙、禁带可调、耐高压、抗腐蚀等优异特性，是发展无汞环保、便携、低功耗、低电压固态紫外光源的理想材料。受限于晶格失配/热膨胀系数失配，以及Al原子相比Ga原子存在较大的表面黏附系数和较低的表面迁移率等因素，AlGaN外延生长中容易产生大量的穿透位错、载流子迁移率低、载流子浓度受到缺陷补偿效应抑制难以有效提高，并可能形成缺陷发光及非辐射复合中心。因此，AlGaN基紫外光源性能的提升在很大程度上依赖于对AlGaN材料缺陷行为的深入理解。

材料点缺陷对器件电流输运性能和发光特性具有重要影响，而由于原子大小尺度和结构复杂性，其特性的准确表征一直是研究的热点和难点，相关调控技术的深入研究具有重要意义。我院的相关研究人员一直致力于紫外光电材料生长及其缺陷行为的基础研究。日前，研究人员与中科院微电子所、中科院高能所合作，借助正电子湮灭技术和低温荧光光谱分析技术对AlGaN薄膜的点缺陷特性进行了深入研究，结果表明基于不同的生长参数调节，AlGaN薄膜近表面和体材料的点缺陷可能呈现不同的形态，且对应不同的缺陷发光特性；进一步地，发展了利用高能电子束辐照对材料近表面点缺陷态的定向调控技术，将氧空位转化为类氮空位的点缺陷，从而抑制缺陷发光。部分研究成果近期发表在物理化学领域国际权威杂志《Journal of Physical Chemistry C》上，省半导体院刘宁炀博士为论文第一作者，陈志涛博士和微电子所王磊副研究员为论文共同通讯作者。

正电子湮灭技术是表征材料负电性或中性空位型点缺陷的有效手段。正负电子对在材料中发生动量守恒的湮灭反应，产生主峰为511 keV的γ射线，基于多普勒展宽湮灭线的高计数窗口（对应S参数）和两侧低计数窗口（对应W参数）能够分析材料的点缺陷类型和分布特点。通常地，S(W)参数越大（越小）表明材料空位型点缺陷密度越高或者点缺陷负电性越大。部分结果请见图1和图2。

图1. （a）和（b）分别是AlGaN薄膜样品S和W参数随着正电子注入能量的变化曲线，可以看到：随着注入能量增大，正电子的平均穿透深度增加，S参数减小而W参数增大。图（c）是样品A的W-S参数关系曲线，样品A辐照前W-S曲线呈唯一的线性关系，而辐照后表面线性关系斜率发生改变，对应点缺陷类型的转变。图（d）是样品B的W-S参数关系曲线，样品B的W-S曲线在辐照前后均呈现两段线性关系，表明薄膜的近表面和体材料具有不同的点缺陷类型。

图2. AlGaN薄膜样品的低温（10K）荧光光谱，低温下能清晰地看到AlGaN薄膜带边峰ZPL、纵光学声子伴线（1LO和2LO）、蓝光带BL、以及黄光带YL。样品A具有更强的蓝光带和黄光带缺陷发光，二者在样品B中同时变弱且发光峰值中心相距约0.6eV，这些特征有助于识别缺陷发光对应的点缺陷类型和跃迁能级。

相关研究成果将为紫外光电材料的高质量生长、材料缺陷行为的控制提供参考和依据。该工作得到珠江科技新星项目和广东省科学院科技专项等项目的资助。

《Journal of Physical Chemistry C》是由美国化学会（ACS）创办的物理化学领域著名杂志，在功能材料、纳米材料、硬材料等研究领域具有较高的行业认可度。

【论文链接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.8b11807】

（刘宁炀  供稿）