ITO襯底上GaN薄膜的低溫沉積及性能研究.pdf

1、氮化鎵(GaN)由于具有帶隙寬(3.39eV)，電子漂移飽和速度高（1.5×107cm/s），擊穿電壓高等特點(diǎn)，被譽(yù)為繼硅(Si)、砷化鎵(GaAs)之后第三代半導(dǎo)體。目前，GaN及相關(guān)Ⅲ族氮化物材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于激光器(LD)，半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)，紫外探測器。并且在固態(tài)照明等高功率器件應(yīng)用方面蘊(yùn)藏巨大的潛力。通常GaN薄膜異質(zhì)外延生長于藍(lán)寶石(α-Al2O3)等襯底之上，但是由于α-Al2O3襯底的導(dǎo)電性能較差，使GaN基器

2、件使用時(shí)產(chǎn)生電流擁擠等問題，影響器件使用效率，壽命。并且由于GaN與α-Al2O3之間存在較大的晶格失配及熱失配，致使GaN薄膜中位錯(cuò)缺陷密度較高，影響薄膜質(zhì)量進(jìn)一步提高。這些問題都成為GaN薄膜在高功率器件應(yīng)用方面的阻礙。與之相比，摻錫氧化銦(Tin-doped indium oxide，簡稱ITO，立方鐵錳礦結(jié)構(gòu)，aITO=1.0118nm)導(dǎo)電玻璃不僅兼有導(dǎo)電性能（＜5×10-4Ωcm)良好，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)ITO是一種n型半

3、導(dǎo)體材料，其光學(xué)帶隙為～3.5-4.3eV，與GaN光學(xué)帶隙較為接近。采用這一襯底，將有效緩解電流擁擠問題。并且ITO具備良好附著性、較強(qiáng)的硬度，較高的化學(xué)穩(wěn)定性，這也使其成為GaN薄膜沉積較為適宜的襯底材料之一。
　　常規(guī)金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)通常采用較為活潑的氣體，如氨氣(NH3)，作為反應(yīng)源氣體，并且常規(guī)MOCVD系統(tǒng)較高沉積溫度會(huì)導(dǎo)致ITO導(dǎo)電玻璃襯底熔融反應(yīng)，形成非故意摻雜，影響薄膜質(zhì)量。而電子回旋共振-等

4、離子體增強(qiáng)金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（Electron Cyclotron Resonance-Plasma Enhanced Metal Organic ChemicalVapor Deposition，簡稱ECR-PEMOCVD）采用氮?dú)?N2)作為氮(N)源，并且由于配備微波電子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance，簡稱ECR)系統(tǒng)，可以有效地提高N2的活性，從而實(shí)現(xiàn)GaN等氮化物半導(dǎo)體薄膜的低溫沉積。<

5、br>　　本文采用ECR-PEMOCVD系統(tǒng)，以三甲基鎵(TMGa)為鎵(Ga)源，高純氮?dú)?N2)為氮(N)源，氫氣(H2)為載氣，在ITO導(dǎo)電玻璃襯底上低溫沉積c軸擇優(yōu)取向GaN薄膜。采用反射式高能電子衍射(RHEED)，X射線衍射(XRD)，原子力顯微鏡(AFM)，室溫光致發(fā)光譜(PL)，電壓-電流測試((Ⅰ)-(Ⅴ))，研究沉積溫度，N2流量對(duì)GaN薄膜結(jié)晶質(zhì)量，表面形貌，光學(xué)、電學(xué)性能的影響。結(jié)果表明沉積溫度，N2流量對(duì)GaN