晶向偏離硅襯底上GaN材料特性及位錯(cuò)研究.pdf

1、近年來(lái),GaN基LED在晶體生長(zhǎng)、薄膜生長(zhǎng)和器件制備等技術(shù)方面已取得重大突破,并已被廣泛應(yīng)用到景觀照明和背光顯示等領(lǐng)域,但距離真正進(jìn)入巨大的家庭照明市場(chǎng)還有很長(zhǎng)一段路要走,還需進(jìn)一步提高器件的光電性能和降低價(jià)格。與常用的GaN異質(zhì)外延襯底藍(lán)寶石和SiC相比,Si襯底具有價(jià)格便宜、工藝成熟、易獲得大尺寸和容易去除以制備垂直器件等優(yōu)勢(shì),同時(shí)Si襯底也存在一些缺點(diǎn),即與GaN材料之間存在巨大的晶格失配和熱失配,這使得在外延生長(zhǎng)的GaN材料中存

2、有大量的失配位錯(cuò),進(jìn)而影響LED器件的光電性能。近年來(lái)本實(shí)驗(yàn)室雖已成功研制出Si襯底GaN基LED并推向了產(chǎn)業(yè)化,也打破了原有的LED市場(chǎng)格局,但Si襯底LED器件外延生長(zhǎng)和器件制備方面還有許多工作要做,例如Si襯底的晶向切偏角對(duì)GaN薄膜質(zhì)量的影響尚未進(jìn)行深入的研究,而對(duì)于Si襯底GaN薄膜的位錯(cuò)研究也較少。
　　 故本論文主要在兩方面做了一定的研究:一是在精確測(cè)量Si襯底的晶向切偏角的基礎(chǔ)上,研究了襯底切偏角度對(duì)Si襯底Ga

3、N基LED外延膜的影響;二是研究了不同Si襯底上GaN外延膜的位錯(cuò)。主要獲得了以下成果:
　　 1、利用X射線(xiàn)衍射法對(duì)Si(111)、Si(111)+1°和Si(111)+2°三種襯底的晶向進(jìn)行了精確測(cè)定,在證實(shí)了本實(shí)驗(yàn)中三種襯底的切偏角不會(huì)影響下一步研究工作的同時(shí),也成功將這種方法利用到了LED領(lǐng)域。
　　 2、研究了襯底切偏角度對(duì)Si襯底GaN基LED外延膜生長(zhǎng)的影響,利用XRD、AFM和熒光顯微鏡等測(cè)試手段對(duì)外延膜

4、的晶體質(zhì)量、應(yīng)力應(yīng)變、表面形貌和量子阱信息四個(gè)方面進(jìn)行了表征,結(jié)果表明:Si(111)+1°襯底上的外延膜在晶體質(zhì)量、應(yīng)力應(yīng)變和小范圍內(nèi)表面平整度等方面與Si(111)不偏襯底相當(dāng)或更好,而在大范圍內(nèi)表面平整度和量子阱中In組分均勻性方面稍差,而Si(111)+2°生長(zhǎng)的外延膜質(zhì)量明顯變差。由此可以推斷切偏角度在小于1°之內(nèi)是合適的襯底取向范圍,在此范圍優(yōu)選襯底取向應(yīng)可提高外延膜質(zhì)量。
　　 3、對(duì)Si(111)高阻、Si(11

5、0)低阻和Si(110)高阻三種襯底上外延膜位錯(cuò)進(jìn)行了研究,根據(jù)XRD測(cè)試結(jié)果計(jì)算得出上述三種樣品的位錯(cuò)密度分別為1.5715×109、2.0257×109和1.0399×109。但Si(110)高阻襯底上的外延膜在XRD測(cè)試結(jié)果中半峰寬最大,且計(jì)算結(jié)果顯示螺位錯(cuò)密度大于刃位錯(cuò)密度,本文推測(cè)其與Si(110)高阻襯底的摻雜有一定關(guān)系。
　　 4、利用H3PO4腐蝕液對(duì)上述三種樣品的位錯(cuò)密度進(jìn)行了研究,首先探究了每組樣品的最佳腐蝕