SiC襯底外延生長GaN界面結(jié)構(gòu)的第一性原理研究.pdf

1、在半導(dǎo)體行業(yè)里，高質(zhì)量的氮化鎵薄膜是影響藍光LED發(fā)展的核心技術(shù)，而影響外延生長氮化鎵薄膜的質(zhì)量的主要因素之一是襯底材料，良好的襯底材料可以有效的減少薄膜生長過程中產(chǎn)生的缺陷，提高薄膜的質(zhì)量。碳化硅作為外延生長氮化鎵的襯底，具有化學(xué)穩(wěn)定性好、導(dǎo)電性能好、導(dǎo)熱性能好、不吸收可見光等特點，并且它與氮化鎵的晶格失配度為4.2％，相對藍寶石和硅襯底來說，碳化硅有著極大的優(yōu)勢，所以對碳化硅外延生長氮化鎵界面結(jié)構(gòu)的理論模擬研究尤為重要，可以了解襯底

2、對外延膜質(zhì)量和性能的重要影響。
　　本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計算，以廣義梯度近似(GGA)為交換勢和PBE為泛函數(shù)，采用超軟贗勢的方法分別對SiC、GaN單胞結(jié)構(gòu)和SiC/GaN異質(zhì)界面的結(jié)構(gòu)能帶、態(tài)密度、差分電荷密度和Mulliken布局進行計算分析，研究了SiC襯底在外延生長的初始階段的界面結(jié)構(gòu)特點。
　　沿（001）方向切面構(gòu)建的SiC/GaN異質(zhì)界面模型，進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化發(fā)現(xiàn)以Si-N和C-N結(jié)合的方式，體系

3、最穩(wěn)定。理論研究表明當(dāng)襯底層以Si為端面TOP位吸附N原子時，界面處電子主要分布在C、N和Ga原子的周圍，C和N原子電荷密度的增加主要增加在p軌道上，Si-N和Si-C之間有很強的共價作用。而BRIDGE位吸附N原子時，Si和N之間的成鍵布局數(shù)有所增大，鍵長為1.852，N原子與兩個Si原子生成共價鍵，形成較穩(wěn)定的四配位鍵，使其異質(zhì)結(jié)的結(jié)合能為-5.5786eV，比TOP位的-4.7490eV更低。
　　當(dāng)襯底以C為端面時，C原子