噴淋頭高度對MOCVD生長GaN外延層質(zhì)量的影響.pdf

1、20世紀以來，隨著各種高科技技術(shù)的不斷進步，人類社會進入了一個飛速發(fā)展的階段，而半導(dǎo)體材料一直在這一進程中發(fā)揮著不可替代的作用。經(jīng)過多年來的不斷發(fā)展，繼第一、二代半導(dǎo)體材料之后，第三代半導(dǎo)體材料以其顯著的優(yōu)點成為了近年來光電子材料領(lǐng)域研究的熱點。寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體材料氮化鎵(GaN)，作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，具有耐高溫、抗輻射、導(dǎo)熱性能好、發(fā)光效率高等突出特點，在制作高溫、高頻、大功率光電子器件等方面有著廣闊的應(yīng)用前景，吸引了

2、大量研究人員的關(guān)注，從上世紀80年代以來不斷取得了研究上的突破。金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)技術(shù)，作為目前應(yīng)用廣泛的GaN材料異質(zhì)外延生長技術(shù)，更是成為了近年來的研究前沿和熱點。研究人員針對MOCVD內(nèi)部結(jié)構(gòu)和氣流場從理論上進行了模擬分析，提出了大量改進意見，以提高外延生長GaN薄膜的質(zhì)量。但從實驗角度進行的研究還比較少。
　　本論文實驗采用了德國AIXTRON公司生產(chǎn)的MOCVD系統(tǒng)，通過對噴淋頭高度這一參數(shù)調(diào)整，得到不

3、同的幾組GaN樣品。利用原子力顯微鏡(AFM)、X射線衍射(XRD)及白光干涉等表征測試手段對所有GaN樣品進行了表征，分析了噴淋頭高度影響GaN薄膜生長速率以及質(zhì)量等指標的原因。獲得了如下有意義的研究成果:
　　1、噴淋頭的高度顯著影響了GaN薄膜的生長速率。通過對不同GaN薄膜樣品厚度的測量，對比發(fā)現(xiàn)，噴淋頭高度越高生長出的樣品厚度越薄。因為所有樣品的生長時間相同，所以厚度的變化反映了生長速率的變化。降低噴淋頭的高度，可以提高

4、樣品的生長速率。
　　2、研究發(fā)現(xiàn)，噴淋頭高度較高生長出的GaN薄膜樣品厚度比較均勻。通過白光干涉法測量薄膜厚度，每個樣品分別取5個不同點，測量薄膜厚度的均方差反映出膜厚均勻性的差異。提高噴淋頭高度，可以提高薄膜的均勻性。
　　3、噴淋頭較高的樣品表面粗糙度低。這一結(jié)論是通過AFM對不同樣品的測試得到的。但是由于生長出的樣品厚度具有較大差異，也有可能是厚度原因影響了表面粗糙度，需要進一步通過生長相同厚度的樣品比較分析。