ECR等離子體參數(shù)空間分布特性研究及制備GaN薄膜中的應(yīng)用.pdf

1、隨著半導(dǎo)體光電材料從GaAs材料向新一代GaN基材料的發(fā)展,制備長壽命、高亮度、低能耗的薄膜發(fā)光光電材料成為當(dāng)前半導(dǎo)體光電材料工業(yè)的主要話題.目前GaN的外延生長技術(shù)一般采用有機(jī)金屬化學(xué)氣相外延法(MOCVD),在藍(lán)寶石襯底的(0001)面上外延生長GaN材料,另外還有分子束外延技術(shù)(MBE)及鹵化物汽相外延技術(shù)(HVPE)等.上述方法均面臨一個(gè)問題,那就是GaN薄膜的生長要在約1000℃的溫度下進(jìn)行,其結(jié)果是造成晶格結(jié)構(gòu)缺陷的產(chǎn)生.為

2、了解決這一問題,電子回旋共振ECR等離子體增強(qiáng)有機(jī)金屬氣相沉積(ECR-PEMOCVD)應(yīng)運(yùn)而生.ECR-PEMOCVD法能夠在400~600℃的低溫下大面積生長GaN薄膜,因此減少了晶格缺陷的產(chǎn)生.實(shí)驗(yàn)采用有機(jī)金屬三甲基鎵氣源(TMG)和99.9999％純度的氮?dú)?在ECR-PECVD150裝置共振腔內(nèi)電子回旋共振吸收微波能量產(chǎn)生的高密度ECR等離子體在磁場梯度和等離子體密度梯度的作用下向下級(jí)反應(yīng)室擴(kuò)散,在放置于下游區(qū)樣品臺(tái)上的α-A

3、l2O3襯底表面附近發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)沉積成GaN薄膜.首先使用Langmuir探針診斷了ECR等離子體的空間分布特性和徑向、軸向分布特性及等離子體密度隨氣壓、微波功率的變化規(guī)律,分析、總結(jié)了適合大面積均勻沉積GaN薄膜的工藝參數(shù).認(rèn)為對(duì)該ECR-PECVD系統(tǒng),最佳的微波功率選取范圍為400W~650W,最佳的工作氣壓為~0.1Pa.在這一范圍的等離子體具有較高的密度及良好的徑向均勻性.最后在TMG:N2=1:5、Pw=550W、P=0