晶向偏離硅襯底上GaN材料特性及位錯研究.pdf

1、近年來,GaN基LED在晶體生長、薄膜生長和器件制備等技術方面已取得重大突破,并已被廣泛應用到景觀照明和背光顯示等領域,但距離真正進入巨大的家庭照明市場還有很長一段路要走,還需進一步提高器件的光電性能和降低價格。與常用的GaN異質(zhì)外延襯底藍寶石和SiC相比,Si襯底具有價格便宜、工藝成熟、易獲得大尺寸和容易去除以制備垂直器件等優(yōu)勢,同時Si襯底也存在一些缺點,即與GaN材料之間存在巨大的晶格失配和熱失配,這使得在外延生長的GaN材料中存

2、有大量的失配位錯,進而影響LED器件的光電性能。近年來本實驗室雖已成功研制出Si襯底GaN基LED并推向了產(chǎn)業(yè)化,也打破了原有的LED市場格局,但Si襯底LED器件外延生長和器件制備方面還有許多工作要做,例如Si襯底的晶向切偏角對GaN薄膜質(zhì)量的影響尚未進行深入的研究,而對于Si襯底GaN薄膜的位錯研究也較少。
　　 故本論文主要在兩方面做了一定的研究:一是在精確測量Si襯底的晶向切偏角的基礎上,研究了襯底切偏角度對Si襯底Ga

3、N基LED外延膜的影響;二是研究了不同Si襯底上GaN外延膜的位錯。主要獲得了以下成果:
　　 1、利用X射線衍射法對Si(111)、Si(111)+1°和Si(111)+2°三種襯底的晶向進行了精確測定,在證實了本實驗中三種襯底的切偏角不會影響下一步研究工作的同時,也成功將這種方法利用到了LED領域。
　　 2、研究了襯底切偏角度對Si襯底GaN基LED外延膜生長的影響,利用XRD、AFM和熒光顯微鏡等測試手段對外延膜

4、的晶體質(zhì)量、應力應變、表面形貌和量子阱信息四個方面進行了表征,結果表明:Si(111)+1°襯底上的外延膜在晶體質(zhì)量、應力應變和小范圍內(nèi)表面平整度等方面與Si(111)不偏襯底相當或更好,而在大范圍內(nèi)表面平整度和量子阱中In組分均勻性方面稍差,而Si(111)+2°生長的外延膜質(zhì)量明顯變差。由此可以推斷切偏角度在小于1°之內(nèi)是合適的襯底取向范圍,在此范圍優(yōu)選襯底取向應可提高外延膜質(zhì)量。
　　 3、對Si(111)高阻、Si(11

5、0)低阻和Si(110)高阻三種襯底上外延膜位錯進行了研究,根據(jù)XRD測試結果計算得出上述三種樣品的位錯密度分別為1.5715×109、2.0257×109和1.0399×109。但Si(110)高阻襯底上的外延膜在XRD測試結果中半峰寬最大,且計算結果顯示螺位錯密度大于刃位錯密度,本文推測其與Si(110)高阻襯底的摻雜有一定關系。
　　 4、利用H3PO4腐蝕液對上述三種樣品的位錯密度進行了研究,首先探究了每組樣品的最佳腐蝕