藍(lán)寶石基GaN薄膜應(yīng)力的數(shù)值模擬研究.pdf

1、GaN基LED作為一種新型的半導(dǎo)體發(fā)光器件，有著體積小、亮度高、節(jié)能、綠色無(wú)污染等諸多優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)照明光源相比，LED在電光轉(zhuǎn)換效率方面有著非常大的潛在優(yōu)勢(shì)，在各種顯示和背光等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，GaN基半導(dǎo)體發(fā)光器件仍存在大尺寸晶片制備困難、發(fā)光效率低、光衰較嚴(yán)重等問(wèn)題，它們本質(zhì)上都與生長(zhǎng)中的薄膜應(yīng)力有關(guān)。
　　 本文針對(duì)藍(lán)寶石基GaN薄膜應(yīng)力進(jìn)行理論分析和數(shù)值模擬研究。首先綜述薄膜應(yīng)力的研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，在總結(jié)前

2、人研究工作的基礎(chǔ)上，分析薄膜應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理及影響因素，對(duì)如何控制薄膜應(yīng)力提出有效方法。同時(shí)討論AlN緩沖層對(duì)GaN薄膜應(yīng)力的影響及緩沖層厚度與薄膜應(yīng)力的關(guān)系，進(jìn)而提出降低薄膜應(yīng)力的改進(jìn)方案。
　　 本文的具體內(nèi)容如下:
　　 (1)通過(guò)有限元分析軟件ANSYS對(duì)藍(lán)寶石基GaN薄膜的應(yīng)力進(jìn)行了模擬分析，并通過(guò)理論計(jì)算驗(yàn)證了其合理性。模擬出了藍(lán)寶石基GaN薄膜應(yīng)力的分布情況。分析了沉積溫度、薄膜厚度、襯底厚度與應(yīng)力的關(guān)系，同

3、時(shí)研究了不均勻溫度分布對(duì)應(yīng)力的影響。模擬結(jié)果顯示:薄膜上表面在徑向上，中心處熱應(yīng)力最大，薄膜邊緣應(yīng)力發(fā)生了突降，其他部分應(yīng)力分布比較均勻。研究表明沉積溫度升高，薄膜厚度減小以及襯底厚度增大都會(huì)使熱應(yīng)力變大。襯底徑向溫度不均勻時(shí)，熱應(yīng)力有增大的趨勢(shì)，且溫差越大，熱應(yīng)力就越大。
　　 (2)利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)插入高溫AlN緩沖層的GaN薄膜在退火冷卻階段產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行模擬計(jì)算與分析，通過(guò)改變AlN緩沖層的厚度，得出了對(duì)應(yīng)