GaN基薄膜陽極刻蝕及相關(guān)性質(zhì)的研究.pdf

1、GaN是一種寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體材料(Eg=3.4eV)，由于其擊穿電壓高、電子漂移速度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定（在室溫下不溶于酸堿溶液），同時(shí)擁有介電常數(shù)小以及熱導(dǎo)率高等優(yōu)良的特性，使得GaN材料在制作高溫大功率器件、高頻微波器件、紫外光探測器、微波波導(dǎo)、高亮度發(fā)光二極管、光存儲(chǔ)器件以及高頻、高壓、高溫、抗輻射和大功率器件等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
　　通常，采用有機(jī)金屬氣相淀積技術(shù)(MOCVD)在藍(lán)寶石襯底上異質(zhì)外延生長GaN基單晶薄膜

2、。然而，氮化鎵和藍(lán)寶石襯底之間存在著高的晶格失配率，使得GaN基薄膜具有高缺陷密度和較大的內(nèi)應(yīng)力，從而使由GaN基薄膜所制備的器件具有較低的發(fā)光效率、較低的耐壓能力和較低的執(zhí)行能力。由于濕法刻蝕所制備的納米多孔GaN薄膜可以較好的解決上述問題，因此有關(guān)納米多孔GaN基薄膜的制備和性質(zhì)的研究越來越多的受到人們的普遍關(guān)注。為此，本文以納米多孔GaN基薄膜為主線，系統(tǒng)地研究了納米多孔和納米空腔對(duì)GaN基薄膜光電特性的影響。其主要研究內(nèi)容如下:

3、
　　(1)由于使用電化學(xué)刻蝕技術(shù)制備納米多孔GaN薄膜所選取的刻蝕溶液（酸堿溶液）具有不安全、不環(huán)保等缺點(diǎn)，因此用中性溶液替代酸堿溶液成為必然。為此，我們研究了GaN薄膜在中性NaNO3溶液中進(jìn)行刻蝕，探究在中性溶液中刻蝕的影響因素;利用高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)定量計(jì)算納米多孔誘使GaN薄膜內(nèi)應(yīng)力的變化量，并用拉曼光譜進(jìn)行驗(yàn)證。
　　(2)多孔GaN薄膜最重要的用途之一就是進(jìn)行GaN薄膜或InGaN/GaN超晶格

4、和多量子阱結(jié)構(gòu)的再生長。由于再生長的溫度通常在800℃到1050℃之間進(jìn)行，因此系統(tǒng)地研究NH3氣氛中對(duì)納米多孔GaN薄膜熱退火的影響具有重要的理論和實(shí)際意義。我們對(duì)多孔GaN薄膜在NH3氣體氛圍下進(jìn)行高溫(800℃)退火處理，研究發(fā)現(xiàn)退火后的納米多孔GaN薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米空腔GaN薄膜。為此，我們系統(tǒng)地研究了退火時(shí)間對(duì)孔洞的影響以及由多孔向空腔轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)化機(jī)制;采用HRTEM圖像和拉曼光譜技術(shù)定性和定量分析了退火對(duì)GaN薄膜內(nèi)應(yīng)力的影響。

5、
　　(3)生長在藍(lán)寶石襯底上的具有InGaN/GaN多量子阱結(jié)構(gòu)的GaN基薄膜具有較高的缺陷密度和較大的內(nèi)應(yīng)力，因此要想提高其發(fā)光效率設(shè)法降低薄膜缺陷密度和釋放內(nèi)應(yīng)力是必不可少的。由于濕法刻蝕可降低薄膜內(nèi)缺陷密度和釋放內(nèi)應(yīng)力等優(yōu)點(diǎn)，為此，我們?cè)谒嵝匀芤褐袑?duì)具有InGaN/GaN多量子結(jié)構(gòu)的GaN基薄膜進(jìn)行刻蝕，并對(duì)其刻蝕機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的分析;利用多種表征方法探究了影響GaN基LED材料刻蝕的因素，并在此基礎(chǔ)上通過變電壓的方式制備