氮化鎵應(yīng)力相關(guān)缺陷的形成和演化研究.pdf

1、氮化鎵材料作為第三代直接帶隙半導(dǎo)體材料在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。特別在LED照明領(lǐng)域，氮化鎵基藍光LED具有的高亮度、高能效和高壽命的特點，彰顯了其具有替代現(xiàn)有照明設(shè)備的潛能。然而受制于現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)水平，氮化鎵內(nèi)部因生長過程中高內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致的高缺陷密度限制了氮化鎵基藍光LED的發(fā)光效率，增加了生產(chǎn)成本，嚴重影響了LED的使用壽命。通過理論和實驗上對內(nèi)應(yīng)力致使的開裂、位錯等內(nèi)部缺陷的研究有助于指導(dǎo)高能效高壽命GaN基LED的制備，為LED大

2、范圍推廣應(yīng)用打下基礎(chǔ)。分子動力學(xué)模擬能夠在合理的負載下預(yù)測微觀缺陷形核及缺陷的固有微觀特性，是晶體缺陷形成和演化研究的重要手段。理論分析和實驗研究則能夠?qū)⑽⒂^特性和宏觀物理參數(shù)結(jié)合，為工業(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)。
　　本文采用分子動力學(xué)模擬方法、理論分析和實驗研究對GaN薄膜開裂、位錯形核、缺陷演化模式和LED生長均勻性開展了系統(tǒng)的研究。模擬結(jié)果顯示，GaN開裂屬于脆性開裂，而小角度晶界的存在有助于初始裂紋的形成。進一步對臨界厚度分析，得出

3、裂紋演化具有隨生長厚度增加從小角度晶界向{1010}晶面擴展的特性?；谏鲜鼋Y(jié)果，提出了無裂紋GaN薄膜生長厚度和內(nèi)應(yīng)力之間的關(guān)系。模擬結(jié)果證實，GaN小島聯(lián)合處是錯位易成核區(qū)域。位錯的活化能隨著切應(yīng)力的增加和壓應(yīng)力的增加而減少?；谀M結(jié)果，提出了同時考慮壓應(yīng)力和切應(yīng)力影響的活化能公式。采用該公式對位錯成核極限應(yīng)力和降溫速率的分析結(jié)果顯示，存在一條壓應(yīng)力和切應(yīng)力關(guān)系曲線來避免位錯雪崩式成核；此外，降溫速度越快，則越能夠抑制位錯成核。<