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文檔簡介
1、GaN基半導體材料因其擁有很大的帶隙寬度、高的擊穿電場、高的電子飽和漂移速度以及強的抗輻射能力等優(yōu)點,普遍應用于高溫、高功率的微波器件和各類光電子器件中,如AlGaN/GaN HEMT器件和InGaN/GaNLED器件。本文利用MOCVD方法,在藍寶石(Al2O3)襯底上生長了GaN基半導體材料,系統(tǒng)地研究了退火工藝對GaN外延薄膜阻值和位錯等微觀形態(tài)的影響,通過提出低阻GaN外延薄膜和高阻GaN外延薄膜的形成機理模型圖,詳細地闡述了G
2、aN外延薄膜呈現(xiàn)不同阻值的原因。同時,還研究了退火溫度對InGaN/GaN多量子阱的晶體質量、表面形貌以及發(fā)光性質的影響,較為全面地了解了退火溫度對InGaN/GaN多量子阱的影響規(guī)律。具體的研究結果如下所示:
利用MOCVD方法,通過改變生長過程中成核層退火階段的反應室壓力和退火時間,在Al2O3襯底上制得了不同阻值的GaN外延薄膜。利用原子力顯微鏡(AFM)、高分辨X射線衍射(HRXRD)和透射電子顯微鏡(TEM)對所生長
3、的GaN薄膜的表面形貌、位錯密度和位錯形態(tài)進行了研究。結果表明,GaN的電阻率與位錯形態(tài)之間存在必然聯(lián)系,由此建立了模型來解釋兩者之間的關系。由于刃型位錯附近存在負電荷,因此可為電子提供傳導通道。在低阻GaN中,絕大多數(shù)位錯發(fā)生彎曲和相互作用,在平行于基底方向上形成負電荷的導通通道,GaN薄膜的電導率較高。在高阻GaN中,位錯生長方向垂直于基底,負電荷很難在平行于基片方向上傳導,GaN薄膜的電導率很低,由此得到高阻GaN。綜合分析AFM
4、、HRXRD、PL及Hall測試結果,確定了生長高質量高阻GaN外延層的退火時間為5min,從而優(yōu)化了退火時間。
利用MOCVD方法,在Al2O3襯底上生長了InGaN/GaN量子阱,并分別采用710℃、740℃和840℃對樣品進行退火處理獲得不同的樣品。利用HRXRD、AFM、掃描電子顯微鏡(SEM)和光致發(fā)光譜(PL)系統(tǒng)地研究了退火溫度對InGaN/GaN量子阱晶體質量、表面形貌和光學性質間的影響規(guī)律。結果表明:較低的退
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