SiC襯底上GaN薄膜和LED的制備與研究.pdf

1、GaN及其化合物(Al，Ga，In)N材料為直接帶隙半導(dǎo)體，帶隙從0.64eV(InN)到6.2eV(AlN)很寬的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，波長(zhǎng)可以涵蓋從紅外到紫外一個(gè)很寬的范圍，在全色顯示器、高密度光學(xué)存貯相干源、照明器件、紫外探測(cè)器等方面有著廣泛的應(yīng)用。由于GaN極高的熔點(diǎn)和飽和蒸氣壓，單晶GaN襯底的制備非常困難，通常的GaN外延都在異質(zhì)襯底上進(jìn)行。SiC襯底與GaN的晶格失配相對(duì)較小，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性，并且與GaN有著相同的解

2、理面，是一個(gè)理想的異質(zhì)外延襯底。但SiC襯底表面會(huì)覆蓋一層氧化膜，且GaN與SiC襯底間3.4％的晶格失配和巨大的熱失配會(huì)在GaN外延膜中引入大量的位錯(cuò)缺陷和裂紋，影響GaN薄膜的質(zhì)量。
　　本文針對(duì)以上的難點(diǎn)問題，在SiC襯底上外延生長(zhǎng)GaN方面開展了一系列的研究。主要利用Thomos Swan的MOCVD系統(tǒng)，研究了襯底原位預(yù)處理和原位SiNx插入層對(duì)GaN薄膜性質(zhì)的影響并討論了其形成的機(jī)制以及N面GaN的生長(zhǎng)，在此基礎(chǔ)上制備

3、了垂直結(jié)構(gòu)的Ga面和N面GaN基LED。研究的具體內(nèi)容如下:
　　在MOCVD系統(tǒng)中，原創(chuàng)性的在MOCVD系統(tǒng)中采用SiH4對(duì)SiC襯底進(jìn)行外延生長(zhǎng)前的原位預(yù)處理。SiH4可以與氧化層反應(yīng)生成可揮發(fā)的SiO，并帶來(lái)Si-H鍵。通過控制處理時(shí)間，襯底表面可呈現(xiàn)均勻的Si-H鍵終端狀態(tài)。表面預(yù)處理對(duì)后續(xù)生長(zhǎng)的GaN性質(zhì)有著重要的影響。
　　在MOCVD系統(tǒng)中采用H2對(duì)SiC襯底進(jìn)行原位預(yù)處理，短時(shí)間的H2處理導(dǎo)致襯底的表面形成了

4、一些局部化的Si-H鍵的“孔”和大量的連續(xù)Si-O鍵“掩膜”，后續(xù)的初始外延類似于側(cè)向外延生長(zhǎng)，從而提高了GaN外延膜的質(zhì)量。
　　采用原位SiNx插入層在SiC襯底上制備GaN厚膜，SiNx插入層可以有效的降低位錯(cuò)密度和弛豫應(yīng)力，最終取得超過5μm厚的高質(zhì)量無(wú)裂紋的n型GaN外延膜，在此基礎(chǔ)上制備了垂直結(jié)構(gòu)的LED，LED具有非常好的界面陡峭性，受到局域化的影響，變溫PL譜的峰位呈現(xiàn)s型的變化趨勢(shì)，并給出了相關(guān)機(jī)理說明。