玻璃襯底上低溫沉積GaN薄膜及其特性分析.pdf

1、氮化鎵(GaN)屬于Ⅲ-Ⅴ族直接帶隙半導(dǎo)體，具有纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)，室溫下的禁帶寬度為3.39eV，是新一代寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有廣泛的應(yīng)用。首先，GaN可制成高效藍(lán)、綠光發(fā)光二極管(LED)和激光二極管(LD)等光電子器件。同時(shí)，GaN基半導(dǎo)體材料具有電子漂移飽和速度高、熱導(dǎo)率高以及化學(xué)和熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，因此在高溫、高頻及大功率電子器件中也有著重要應(yīng)用價(jià)值，如GaN基場效應(yīng)晶體管(FET)和GaN基異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HFET)等微電子

2、器件。而由于缺乏高質(zhì)量大面積的體單晶襯底材料，目前大多采用藍(lán)寶石(α-Al2O3)或碳化硅(SiC)為襯底來異質(zhì)外延GaN，但薄膜尺寸較小，一般直徑不超過50mm，而且價(jià)格昂貴。2007年，澳大利亞BluGlass公司在直徑150mm玻璃襯底上沉積的GaN發(fā)出藍(lán)光，這說明可以在大尺寸玻璃片上沉積高質(zhì)量LED材料，從而使得LED成本顯著下降。同時(shí)表明，要實(shí)現(xiàn)大面積且低成本的LED光電子器件的商業(yè)化，普通玻璃襯底是其首選材料之一。

3、在普通玻璃襯底上沉積GaN薄膜，不僅成本低，而且可實(shí)現(xiàn)大面積化。為了實(shí)際應(yīng)用，必須首先在非晶的玻璃襯底上低溫沉積出高質(zhì)量的GaN薄膜。 目前GaN的制備方法主要有物理方法和化學(xué)方法。物理方法包括各種蒸發(fā)和濺射；化學(xué)方法主要包括分子束外延(MBE)、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、氫化物氣相外延(HVPE)等。在諸多方法中，由于MOCVD方法具有實(shí)驗(yàn)參數(shù)簡單，工藝成熟，制備的薄膜質(zhì)量高，較適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)，受到人們

4、的重視。 本文采用電子回旋共振-等離子體增強(qiáng)金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(ECR-PEMOCVD)方法，以康寧7101型普通玻璃為襯底，三甲基鎵(TMGa)為鎵源(以氫氣為載氣)，高純氮?dú)?純度為5N)為氮源，低溫沉積了c軸擇優(yōu)取向GaN薄膜。實(shí)驗(yàn)中使用微波，通過電子回旋共振(ECR)在低氣壓下產(chǎn)生氮等離子體來獲得活性氮源，大大降低了沉積溫度。另外，由于玻璃的軟化點(diǎn)比較低(<600℃)，實(shí)驗(yàn)中的沉積溫度需要控制在600℃以下。通過反射