石墨及不銹鋼襯底上低溫沉積GaN薄膜的結晶特性研究.pdf

1、氮化鎵(GaN)是一種直接寬禁帶半導體材料，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，所對應的波長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域如半導體發(fā)光二極管(LED)、半導體激光器(LD)及探測器等方面得到廣泛應用;同時GaN具有耐高溫、熱導率高、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用價值。
　　目前GaN的生長制備基本是采用異質(zhì)外延，國際上

2、通常采用金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)，分子束外延(MBE)和氫化物氣相外延(HVPE)這三種化學方法來制備GaN外延層，其中MOCVD方法技術層次高，實驗參數(shù)簡單，純度高且量產(chǎn)能力大，并且MOCVD反應室在不斷改進，是后來居上的外延技術。但若想獲得高質(zhì)量的外延生長，就需要找到合適的晶格匹配襯底，至今為止，適于GaN晶體生長的襯底主要有藍寶石（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，將a-Al2O3襯底上生長的外延片剝離下來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襯底價格貴且不易解理;SiC襯底材料價格非常昂貴;而采用剝離技術工藝要求高，成品率低。
　　最近，松下宣布開發(fā)出了在石墨襯底上生長出了高質(zhì)量GaN結晶薄膜的技術，且石墨是做電極的極好選擇，但是當溫度過高時，石墨中這種非故意摻雜的

4、碳雜質(zhì)會向GaN薄膜中的擴散，因此必須采用一種低溫的生長方法，然而對于石墨襯底生長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，但是不銹鋼成分復雜，高溫生長容易加劇多種金屬雜質(zhì)向GaN薄膜中的擴散，因此也必須采用一種低溫的生長方法，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—等離子體增強的金屬有機物化學氣相沉積(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），高純氮氣（純度為99.999％）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)設備，結合X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、光致發(fā)光譜(PL譜)