硅圖形襯底上半極性GaN的MOCVD生長(zhǎng)和特性研究.pdf

1、GaN基半導(dǎo)體作為一種新的光電功能材料，以其寬直接帶隙、高穩(wěn)定性、高熱導(dǎo)率、高硬度等優(yōu)良性質(zhì)，可廣泛應(yīng)用于顯示指示、固態(tài)照明、太陽(yáng)能電池、固體激光器、紫外探測(cè)器、以及各種微電子器件等領(lǐng)域。
　　 長(zhǎng)期以來(lái)，GaN薄膜通常是沿著其極性軸c軸方向生長(zhǎng)的。然而，由于GaN及其合金在〈0001〉方向具有很強(qiáng)的自發(fā)極化和壓電極化。這種極化效應(yīng)在氮化物外延層中產(chǎn)生較高強(qiáng)度的內(nèi)建電場(chǎng)，引起能帶彎曲、傾斜，使電子和空穴在空間上分離，材料的發(fā)光效

2、率大大的降低。近年來(lái)，非極性/半極性GaN基電子器件制備也逐漸引起了眾多研究者關(guān)注。
　　 目前，非極性/半極性GaN主要生長(zhǎng)在藍(lán)寶石、碳化硅以及硅襯底上。近年來(lái)，一些研究者對(duì)Si襯底生長(zhǎng)非極性/半極性GaN進(jìn)行了研究，取得了一些進(jìn)展。但如何在Si襯底上實(shí)現(xiàn)較高質(zhì)量、無(wú)裂紋的GaN生長(zhǎng)仍然是研究的難點(diǎn)，還有大量問(wèn)題需要解決。
　　 本文對(duì)Si表面圖形襯底的刻蝕及采用Thomas Swan MOCVD在硅圖形襯底上生長(zhǎng)半極

3、性GaN進(jìn)行了研究。采用光學(xué)顯微鏡、光致發(fā)光光譜儀、X射線衍射儀、原子力顯微鏡等測(cè)試儀器對(duì)Si圖形襯底的腐蝕結(jié)果及生長(zhǎng)的半極性GaN的表面形貌、光學(xué)性能、結(jié)晶性能等進(jìn)行了系統(tǒng)研究。通過(guò)優(yōu)化GaN的生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)速率及引入插入層，在硅圖形襯底上生長(zhǎng)出了表面連續(xù)，相對(duì)光滑的半極性GaN。獲得了如下有創(chuàng)新和有意義的研究結(jié)果：
　　 1、系統(tǒng)研究了硅表面圖形襯底的刻蝕。通過(guò)KOH溶液的各向腐蝕特性，在（001）硅襯底上刻蝕出側(cè)面為（11

4、1）面的槽狀圖形襯底。重點(diǎn)研究了溫度，異丙醇以及超聲波振動(dòng)對(duì)腐蝕形貌的影響。結(jié)果表面通過(guò)添加異丙醇和引入超聲波振動(dòng)，我們?cè)?0℃下能刻蝕出適宜半極性GaN生長(zhǎng)的硅圖形襯底。
　　 2、研究了半極性GaN的生長(zhǎng)機(jī)理，重點(diǎn)研究了溫度，插入層，緩沖層生長(zhǎng)條件對(duì)半極性GaN生長(zhǎng)的影響。我們發(fā)現(xiàn)溫度能明顯的改變其生長(zhǎng)機(jī)理。通過(guò)引入插入層能很好的釋放晶格失配引起的應(yīng)力，從而得到表面連續(xù)，相對(duì)光滑的半極性GaN。
　　 3、研究了高溫