銅單晶襯底上GaN薄膜的ECR-PEMOCVD低溫生長研究.pdf

1、氮化鎵（GaN）基半導體發(fā)光二極管（LED）的絕大多數(shù)襯底為藍寶石（α-Al2O3），而α-Al2O3襯底具有價格昂貴、絕緣、導熱性差、尺寸?。ㄖ睆絻H為2~4英寸）的缺點。與α-Al2O3襯底相比，一些金屬襯底具有廉價、導電、導熱、大面積且反射率高的優(yōu)點，金屬襯底不但能夠直接作為 LED的電極使用，而且有助于提升芯片散熱性能和光反射作用，從而大大提升LED亮度。在自支撐的全金屬襯底上，制備垂直導電結構的GaN基LED，能徹底解決在α-A

2、l2O3等絕緣襯底上制備的橫向導電結構GaN基LED中存在的電流擁擠問題，提高 LED的功率，大大降低 LED的生產成本。因而在金屬上制備GaN薄膜具有重要的研究意義。
　　從國內外的進展來看，在自支撐的金屬襯底上直接生長 GaN薄膜的報導很少。其主要原因是常規(guī)金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD）的生長溫度高達1050℃左右，這使得很多金屬襯底與 GaN薄膜產生有害的界面反應，高溫沉積會加速金屬粒子擴散至GaN薄膜中，難以生長高質

3、量的GaN薄膜。因此在金屬上制備GaN薄膜需要一種低溫的生長方法。
　　本文使用電子回旋共振-等離子體增強金屬有機物化學氣相沉積（ECR-PEMOCVD）低溫生長設備，在自支撐的單晶Cu金屬襯底上低溫外延生長單一c軸取向的高質量GaN薄膜。實驗以三甲基鎵（TMGa）為鎵源，氮氣（N2）等離子體為活性氮源，通過氮等離子體與TMGa反應在單晶Cu襯底上生成GaN薄膜，重點研究控制緩沖層和生長層的TMGa流量對外延生長 GaN薄膜性能的

4、影響，并給出優(yōu)化的生長參數(shù)。用反射高能電子衍射（RHEED）、X射線衍射（XRD）、原子力顯微鏡（AFM）光致發(fā)光譜（PL譜）以及電流—電壓測試（I-V測試）等表征方法分析了GaN薄膜的晶體結構、表面形貌、光學性能以及電學特性。其中，緩沖層沉積溫度為300℃，其TMGa流量為1.1 sccm，生長時間30分鐘，生長層沉積溫度為450℃，其TMGa流量為1 sccm，生長時間3小時， GaN薄膜的質量最好，具有較好的晶體質量和較強的紫外發(fā)