石墨及不銹鋼襯底上低溫沉積GaN薄膜的結(jié)晶特性研究.pdf

1、氮化鎵(GaN)是一種直接寬禁帶半導(dǎo)體材料，常溫下禁帶寬度為3.39eV，由于它的帶隙能從0.7eV連續(xù)變化到6.2eV，所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)覆蓋了從近紅外到紫外很寬的光譜范圍，所以已在光電器件領(lǐng)域如半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)、半導(dǎo)體激光器(LD)及探測(cè)器等方面得到廣泛應(yīng)用;同時(shí)GaN具有耐高溫、熱導(dǎo)率高、硬度高等特性，使得GaN基材料在制備高頻、高溫及大功率器件中也有著重要的應(yīng)用價(jià)值。
　　目前GaN的生長(zhǎng)制備基本是采用異質(zhì)外延，國(guó)際上

2、通常采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)，分子束外延(MBE)和氫化物氣相外延(HVPE)這三種化學(xué)方法來(lái)制備GaN外延層，其中MOCVD方法技術(shù)層次高，實(shí)驗(yàn)參數(shù)簡(jiǎn)單，純度高且量產(chǎn)能力大，并且MOCVD反應(yīng)室在不斷改進(jìn)，是后來(lái)居上的外延技術(shù)。但若想獲得高質(zhì)量的外延生長(zhǎng)，就需要找到合適的晶格匹配襯底，至今為止，適于GaN晶體生長(zhǎng)的襯底主要有藍(lán)寶石（a-Al2O3），碳化硅(SiC)，此外還有硅(Si)，砷化鎵(GaAs)，氧化鋅(Zn

3、O)等，另外，采用激光剝離(Laser Lift-off, LLO)技術(shù)，將a-Al2O3襯底上生長(zhǎng)的外延片剝離下來(lái)后再鍵合到其他襯底，如Cu，Si。目前采用的這些襯底材料均有不如人意之處，如a-Al2O3襯底價(jià)格貴且不易解理;SiC襯底材料價(jià)格非常昂貴;而采用剝離技術(shù)工藝要求高，成品率低。
　　最近，松下宣布開(kāi)發(fā)出了在石墨襯底上生長(zhǎng)出了高質(zhì)量GaN結(jié)晶薄膜的技術(shù)，且石墨是做電極的極好選擇，但是當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，石墨中這種非故意摻雜的

4、碳雜質(zhì)會(huì)向GaN薄膜中的擴(kuò)散，因此必須采用一種低溫的生長(zhǎng)方法，然而對(duì)于石墨襯底生長(zhǎng)GaN薄膜很少有人研究，所以本文也嘗試在石墨襯底上低溫沉積GaN薄膜;另外，不銹鋼作為一種廉價(jià)易得的合金，其耐腐蝕性好，反光率高，若直接作為襯底使用，有利于制備垂直型GaN器件，提高GaN基LED等的出光效率，大幅度降低器件成本，但是不銹鋼成分復(fù)雜，高溫生長(zhǎng)容易加劇多種金屬雜質(zhì)向GaN薄膜中的擴(kuò)散，因此也必須采用一種低溫的生長(zhǎng)方法，本文也采用不銹鋼作為襯底

5、，研究了沉積在不銹鋼襯底上的GaN薄膜。
　　本文采用電子回旋共振—等離子體增強(qiáng)的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(ECR-PEMOCVD)方法，分別以石墨及不銹鋼為襯底，三甲基鎵(TMGa)為鎵源（以H2作為載氣），高純氮?dú)猓兌葹?9.999％）為氮源，低溫沉積出了高度c軸擇優(yōu)取向的GaN薄膜。并且利用ECR-PEMOCVD裝置上配有的反射高能電子衍射(RHEED)設(shè)備，結(jié)合X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、光致發(fā)光譜(PL譜)