生長條件對(duì)硅襯底GaN薄膜中C、H、O雜質(zhì)濃度影響的研究.pdf

1、近年來,作為新一代照明材料的GaN基LED的相關(guān)技術(shù)取得了卓越的進(jìn)步,吸引了極大的關(guān)注。但是GaN基LED要進(jìn)入通用照明市場,仍有大量的科學(xué)技術(shù)問題需要解決,其中最重要的是進(jìn)一步提高發(fā)光效率和降低生產(chǎn)成本。C、H、O等雜質(zhì)作為GaN中的非故意摻雜元素,會(huì)直接影響外延材料的質(zhì)量,器件的最終性能與產(chǎn)品的良率。因此有必要去研究如何降低這些雜質(zhì)元素的濃度。本文以Si襯底GaN基外延材料的MOCVD生長為研究平臺(tái),結(jié)合二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)分

2、析手段,研究了不同的生長條件對(duì)C、H、O等雜質(zhì)元素并入外延材料的影響,獲得了以下研究成果:
　　 1、Ⅴ/Ⅲ比、生長速率和有機(jī)源對(duì)C的并入影響非常明顯。生長時(shí)的Ⅴ/Ⅲ比越大,外延層中所并入的C濃度就越低,C濃度的倒數(shù)與NH3的流量呈指數(shù)關(guān)系;生長速率越大,生長時(shí)所并入的C濃度就越高,生長速率每提高一倍,C濃度會(huì)提高6-7倍;不同的有機(jī)源造成的C污染程度也不一樣,使用TMA1生長含Al的材料會(huì)引入嚴(yán)重的C污染,而使用YMIn生長含

3、In的材料帶來的C污染程度非常低,作為Ga源,TEGa比TMGa帶來的的C污染更輕。
　　 2、溫度、氣壓、載氣等也對(duì)C的并入有著直接的影響,但是這些因素的影響程度較小,而且非常復(fù)雜。隨著生長溫度的降低,會(huì)導(dǎo)致C濃度降低;較高的氣壓有利于降低C濃度,但是效果不是很明顯;使用大的NH3流量生長GaN時(shí),N2或H2作為載氣都可以獲得低C污染的外延材料,而使用小的NH3流量生長GaN時(shí),H2作為載氣會(huì)帶來嚴(yán)重的C污染。
　　

4、3、對(duì)GaN外延材料中H濃度起決定性作用的是Mg的濃度,主要是因?yàn)镸g、H會(huì)形成絡(luò)合物。GaN外延層中H濃度與Mg濃度有著線性關(guān)系,前者的大小約為后者的1/3至1/5,通過后續(xù)的退火工藝可以有效降低外延層表面的H含量。另外,含A1材料中也有較高的H含量。除此之外,其他生長條件對(duì)H濃度直接影響不大,只能通過影響Mg摻來雜間接影響H濃度。
　　 4、MOCVD生長的GaN材料中的O含量一般只與設(shè)備的密封性有關(guān),所以外延層中的0含量比