退火工藝對MOCVD生長的GaN基外延薄膜影響的研究.pdf

1、GaN基半導(dǎo)體材料因其擁有很大的帶隙寬度、高的擊穿電場、高的電子飽和漂移速度以及強(qiáng)的抗輻射能力等優(yōu)點(diǎn)，普遍應(yīng)用于高溫、高功率的微波器件和各類光電子器件中，如AlGaN/GaN HEMT器件和InGaN/GaNLED器件。本文利用MOCVD方法，在藍(lán)寶石(Al2O3)襯底上生長了GaN基半導(dǎo)體材料，系統(tǒng)地研究了退火工藝對GaN外延薄膜阻值和位錯(cuò)等微觀形態(tài)的影響，通過提出低阻GaN外延薄膜和高阻GaN外延薄膜的形成機(jī)理模型圖，詳細(xì)地闡述了G

2、aN外延薄膜呈現(xiàn)不同阻值的原因。同時(shí)，還研究了退火溫度對InGaN/GaN多量子阱的晶體質(zhì)量、表面形貌以及發(fā)光性質(zhì)的影響，較為全面地了解了退火溫度對InGaN/GaN多量子阱的影響規(guī)律。具體的研究結(jié)果如下所示:
　　利用MOCVD方法，通過改變生長過程中成核層退火階段的反應(yīng)室壓力和退火時(shí)間，在Al2O3襯底上制得了不同阻值的GaN外延薄膜。利用原子力顯微鏡(AFM)、高分辨X射線衍射(HRXRD)和透射電子顯微鏡(TEM)對所生長

3、的GaN薄膜的表面形貌、位錯(cuò)密度和位錯(cuò)形態(tài)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，GaN的電阻率與位錯(cuò)形態(tài)之間存在必然聯(lián)系，由此建立了模型來解釋兩者之間的關(guān)系。由于刃型位錯(cuò)附近存在負(fù)電荷，因此可為電子提供傳導(dǎo)通道。在低阻GaN中，絕大多數(shù)位錯(cuò)發(fā)生彎曲和相互作用，在平行于基底方向上形成負(fù)電荷的導(dǎo)通通道，GaN薄膜的電導(dǎo)率較高。在高阻GaN中，位錯(cuò)生長方向垂直于基底，負(fù)電荷很難在平行于基片方向上傳導(dǎo)，GaN薄膜的電導(dǎo)率很低，由此得到高阻GaN。綜合分析AFM

4、、HRXRD、PL及Hall測試結(jié)果，確定了生長高質(zhì)量高阻GaN外延層的退火時(shí)間為5min，從而優(yōu)化了退火時(shí)間。
　　利用MOCVD方法，在Al2O3襯底上生長了InGaN/GaN量子阱，并分別采用710℃、740℃和840℃對樣品進(jìn)行退火處理獲得不同的樣品。利用HRXRD、AFM、掃描電子顯微鏡(SEM)和光致發(fā)光譜(PL)系統(tǒng)地研究了退火溫度對InGaN/GaN量子阱晶體質(zhì)量、表面形貌和光學(xué)性質(zhì)間的影響規(guī)律。結(jié)果表明:較低的退