P型GaN的Delta摻雜及外延粗化研究.pdf

1、GaN材料被喻為第三代半導(dǎo)體材料，不僅可以用于微電子器件制造，還可以制造從可見光到紫外波段的光電子器件，在制造白光LED方面更是重要，是目前研究的熱點。 本文就GaN體材料的MOCVD生長進(jìn)行了學(xué)習(xí)研究，其主要內(nèi)容如下： 1．本征GaN材料生長條件的研究，包括：兩步法緩沖層技術(shù)的簡單介紹，之后是兩步緩沖層生長中條件(厚度、溫度、壓力以及Ⅴ-Ⅲ比方面)的變化對本征GaN晶體以及電學(xué)性質(zhì)的影響。 2． GaN材料的摻

2、雜原理，摻雜條件的變化對材料的影響 (1)N型GaN材料：首先介紹摻雜劑的性質(zhì)以及引入雜質(zhì)在GaN禁帶中的形成能。從理論上分析了N-GaN中雜質(zhì)的特點，并從實驗中得到驗證：高溫高壓下生長N型GaN材料的晶體質(zhì)量要好；高Si摻雜情況下，晶體質(zhì)量和表面形貌惡化，這種情況下晶體的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)都無法滿足要求，所以了解摻雜極限一定程度上對器件制造作為參考。經(jīng)過優(yōu)化，在溫度1080℃，壓力500Torr，Si：Ga為303×10<'5>均

3、勻摻雜下，所得到的樣品電阻率達(dá)0.009Ωcm<'-2>，遷移率達(dá)240cm<'2>/Vs，背景載流子濃度2.98×10<'18>cm<'-3>，離化效率達(dá)0.903。 (2)P-GaN研究水平是GaN器件性能的重要標(biāo)準(zhǔn)，本文從微觀晶體結(jié)構(gòu)上闡述了P型GaN生長中，Mg對GaN晶格結(jié)構(gòu)的影響。引用P型GaN材料中各種雜質(zhì)替代Ga位置的形成能，來分析Mg摻雜濃度對晶體能帶和電學(xué)性質(zhì)的作用，并解釋了P型GaN材料生長難度之大，迫切需

4、要優(yōu)化。從實驗上分析了，生長溫度、Ⅴ-Ⅲ比以及摻雜濃度對P-GaN材料影響，驗證了低溫、高摻雜使材料質(zhì)量變差，但是高溫下生長P-GaN一定程度上對有源區(qū)破加劇，而低摻雜下無法克服本征電子濃度高這一難題，最后經(jīng)過優(yōu)化，在溫度980℃，Mg流量為0.25mol/L下，所得樣品的XRD結(jié)果(002)面下351″， (102)面下397″，電阻率達(dá)2.3Ωcm<'-2>，載流子濃度達(dá)3×10<'17>cm<'-3>，遷移率達(dá)9cm<'2>/Vs

5、，所以在外延工藝方面需要突破創(chuàng)新。 (3)P型GaN材料的Delta摻雜技術(shù)，Delta摻雜最早用于GaAs材料系優(yōu)化生長，最大特點就是在等摻雜濃度下有更好的晶體質(zhì)量和電學(xué)性質(zhì)。本文在P-GaN材料的Delta摻雜方法上仔細(xì)的闡述了其優(yōu)化機(jī)理，即一定程度上抑制了Mg雜質(zhì)引起晶格扭曲和極性反轉(zhuǎn)，在宏觀上體現(xiàn)為樣品表面金字塔結(jié)構(gòu)缺陷明顯減少。通過Delta摻雜技術(shù)，P型GaN材料質(zhì)量有明顯的提升，XRD結(jié)果在(002)面下314″，

6、在(102)面下356″，電阻率為1.5Ωcm<'-2>，電子濃度為4.3×10<'18>cm<'-3>，遷移率為9 cm<'2>/Vs。 (4)一并介紹了預(yù)通氨對P型摻雜的影響，發(fā)現(xiàn)預(yù)通氨一定程度上降低了生長中樣品的表面活性，使得Mg進(jìn)入晶格替代Ga位置能力減弱。 (5)最后簡單研究了InGaN中Mg摻雜特性，發(fā)現(xiàn)在隨著溫度的降低和摻In量的提高，空穴濃度也隨之提高，但是同時低溫下生長p-InGaN晶體質(zhì)量較p-GaN