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《大连理工大学》 2011年
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高压氢处理对ZnO薄膜性能的影响及SiC衬底GaN基LED的制备

李春野  
【摘要】:随着社会的发展,人类社会已经进入到信息时代,这样人们对信息科学技术的要求也就越来越高。光电子学作为信息技术科学领域中的重要组成部分,在人们的日常生活中起到的作用越来越明显。第一代和第二代半导体材料由于其禁带宽度很窄,在白光发光器件领域受到了极大的限制,人们就开始寻找禁带宽度更大的半导体材料用于制造短波长发光器件以实现白光照明。就这样,以GaN, ZnO为代表的第三代半导体材料,即宽禁带半导体材料进入到人们的视野中。GaN材料在室温下禁带宽度为3.4eV,且目前其n型、p型掺杂技术比较成熟。利用InGaN作为有源层,具有InGaN/GaN量子阱结构的发光二极管早已产业化,使得固态照明技术进入了人们生活。ZnO也是一种宽禁带半导体材料,其室温下禁带宽度为3.37eV,但激子束缚能高达60meV,理论上较GaN具有更高的发光效率。由于目前其p型掺杂难以实现,还没有得到高质量的ZnO材料的p-n结,也就不能实现制备ZnO材料发光二极管。近年来,围绕ZnO材料p型掺杂,分析其内部缺陷成因,展开了广泛的研究。本论文就围绕上述两种宽禁带半导体材料,开展下述两个工作: (1)为了证实ZnO材料内部缺陷,是由于在沉积ZnO薄膜的时候,非故意引进了H原子,H原子在ZnO中充当浅施主的这种理论。我们用MOCVD设备沉积ZnO薄膜,再进行高压氢气处理。SEM照片显示ZnO薄膜表面形貌在高压氢气处理后发生了极大的变化。XRD曲线显示在高压氢气处理后有Zn(OH)2物质的产生。最后XPS结构证明了,确实有H原子进入到了ZnO薄膜表面,形成了H-O键。电学性质表明经过高压氢气处理过的样品有更好的导电性。 (2)由于6H-SiC衬底材料与GaN晶格失配仅为3%,而Al2O3与GaN的晶格失配高达16%,且6H-SiC材料导电,用它作为LED的衬底材料可以制作垂直结构的器件,可以增大出光面积带来亮度的提高。本文用AIXTRON MOCVD设备在6H-SiC衬底上生长具有InGaN/GaN量子阱结构的外延片,并分别制作了水平结构和垂直结构的芯片。经测试开启电压在3.5V左右,但漏电流较大,发光不强,我们还需要进一步的工艺改进。此外,还初步了解了制作芯片的过程以及需要进一步解决的问题。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O484.4

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