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1、氮化鎵材料作為第三代直接帶隙半導(dǎo)體材料在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。特別在LED照明領(lǐng)域,氮化鎵基藍(lán)光LED具有的高亮度、高能效和高壽命的特點(diǎn),彰顯了其具有替代現(xiàn)有照明設(shè)備的潛能。然而受制于現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)水平,氮化鎵內(nèi)部因生長(zhǎng)過(guò)程中高內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致的高缺陷密度限制了氮化鎵基藍(lán)光LED的發(fā)光效率,增加了生產(chǎn)成本,嚴(yán)重影響了LED的使用壽命。通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)上對(duì)內(nèi)應(yīng)力致使的開裂、位錯(cuò)等內(nèi)部缺陷的研究有助于指導(dǎo)高能效高壽命GaN基LED的制備,為L(zhǎng)ED大
2、范圍推廣應(yīng)用打下基礎(chǔ)。分子動(dòng)力學(xué)模擬能夠在合理的負(fù)載下預(yù)測(cè)微觀缺陷形核及缺陷的固有微觀特性,是晶體缺陷形成和演化研究的重要手段。理論分析和實(shí)驗(yàn)研究則能夠?qū)⑽⒂^特性和宏觀物理參數(shù)結(jié)合,為工業(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)。
本文采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法、理論分析和實(shí)驗(yàn)研究對(duì)GaN薄膜開裂、位錯(cuò)形核、缺陷演化模式和LED生長(zhǎng)均勻性開展了系統(tǒng)的研究。模擬結(jié)果顯示,GaN開裂屬于脆性開裂,而小角度晶界的存在有助于初始裂紋的形成。進(jìn)一步對(duì)臨界厚度分析,得出
3、裂紋演化具有隨生長(zhǎng)厚度增加從小角度晶界向{1010}晶面擴(kuò)展的特性。基于上述結(jié)果,提出了無(wú)裂紋GaN薄膜生長(zhǎng)厚度和內(nèi)應(yīng)力之間的關(guān)系。模擬結(jié)果證實(shí),GaN小島聯(lián)合處是錯(cuò)位易成核區(qū)域。位錯(cuò)的活化能隨著切應(yīng)力的增加和壓應(yīng)力的增加而減少。基于模擬結(jié)果,提出了同時(shí)考慮壓應(yīng)力和切應(yīng)力影響的活化能公式。采用該公式對(duì)位錯(cuò)成核極限應(yīng)力和降溫速率的分析結(jié)果顯示,存在一條壓應(yīng)力和切應(yīng)力關(guān)系曲線來(lái)避免位錯(cuò)雪崩式成核;此外,降溫速度越快,則越能夠抑制位錯(cuò)成核。<
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