GaN薄膜在金屬襯底Ti、Mo上的低溫ECR-PEMOCVD生長及其性能影響機制研究.pdf

1、近年來，由于氮化鎵(GaN)材料在光電子器件（半導體二極管LED、半導體激光器LD）和微電子器件（高溫、大功率、高頻晶體管）等方面有著廣泛的應用而引起研究者的濃厚興趣。眾所周知，這是由于GaN具有直接寬帶系(3.39eV)、高的電子漂移飽和速度及高的擊穿電壓等優(yōu)良性能?；诤瑹晒鈱拥腎nGaN/GaN多量子阱藍光芯片和紅綠藍三色混合芯片的白色光源的獲得，使GaN基器件有望在普通照明方面得到應用。但仍有一些問題有待進一步解決。
　　

2、合適的襯底材料便是其中一個問題，眾所周知，襯底材料對GaN基器件的性能影響巨大。目前制備GaN薄膜的襯底材料多選用藍寶石(α-Al2O3)、碳化硅(SiC)或硅(Si)。但它們都存在一定的不足，α-Al2O3的導電和導熱性能較差，并且與GaN之間晶格失配較大;SiC雖然在導電和導熱等方面優(yōu)于藍寶石，但卻制造困難且價格昂貴;Si具有價格低廉、易于解理、導電導熱性能好以及便于大面積生產(chǎn)等優(yōu)點，但Si材料與GaN熱失配較大，GaN薄膜的龜裂問

3、題一度難以攻克。
　　近年來，有研究者嘗試在金屬襯底上制備GaN薄膜。金屬材料具有良好的導電性與導熱性、價格低廉、便于大面積生產(chǎn)及兼有反光作用等優(yōu)點，這些都有望在一定程度上改善器件的散熱及發(fā)光效率。更重要的是，金屬可以直接作為電極，以實現(xiàn)后續(xù)的GaN基器件中電流的垂直傳輸，在制造工藝上比激光剝離(Laser Lift-Off)和金屬鍵合等技術(shù)要簡單。因此，直接在金屬上沉積GaN薄膜具有重大的研究意義。
　　本文以金屬鈦(Ti

4、)和鉬(Mo)作為襯底材料，采用電子回旋共振-等離子體增強金屬有機物化學氣相沉積(ECR-PEMOCVD)技術(shù)，分別以三甲基鎵(TMGa)和高純N2作為Ga源和N源，低溫沉積出高度c軸擇優(yōu)的GaN薄膜。傳統(tǒng)的MOCVD工藝通常采用1050℃左右的高溫，這么高的溫度必定會引起嚴重的界面反應以及GaN與襯底之間巨大的熱應力，從而嚴重影響后續(xù)GaN基器件的性能。本文采用的ECR-PEMOCVD設備以ECR等離子體活化技術(shù)，在低氣壓下產(chǎn)生非平衡

5、等離子體，提供高活化的N離子，大大降低了沉積溫度。
　　本文采用反射式高能電子衍射(RHEED)、X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、室溫光致發(fā)光譜（PL譜）以及電流-電壓測試（I-V測試）等多種表征手段，重點研究了沉積溫度和TMGa流量對GaN薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、光學性能以及電學特性的影響。實驗結(jié)果表明:Ti襯底上GaN薄膜的最佳沉積溫度為480℃，最佳TMGa流量為1.4sccm，最佳條件制備的GaN薄膜具有