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《南昌大学》 2006年
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硅衬底GaN基蓝光LED材料生长及器件研制

莫春兰  
【摘要】:宽禁带Ⅲ—Ⅴ族氮化物半导体材料在短波长发光器件、短波长激光器、光探测器以及高温、高频和大功率电子器件等方面有着广泛的应用前景而备受关注,发展十分迅速。由于GaN体单晶难于制备,目前商品化的GaN器件材料都是生长在蓝宝石衬底上或SiC衬底上,但蓝宝石的绝缘性及高硬度使器件制作更加复杂,而SiC价格很高,这都使器件的生产成本上升。相对蓝宝石和SiC而言,Si材料具有低成本、大面积、高质量、导电、导热性能好等优点,且硅工艺技术成熟,Si衬底上生长GaN薄膜有望实现光电子和微电子的集成,因此Si作为GaN薄膜衬底具有重大的应用价值。 本文采用MOCVD系统,围绕Si衬底上GaN材料生长及LED器件的制作展开研究。一方面根据Si衬底上生长GaN的难点分别提出了相应的生长方法,另一方面是根据Si衬底的特点进行器件制备研究。通过对材料及器件性能的分析,取得了一些有创新的成果: 1、研究了生长AlN缓冲层前在Si(111)衬底上铺Al的三种方式对GaN外延材料的影响。此项研究表明,Al在Si衬底上的堆积情况对GaN外延层的质量及表面形貌有很大的影响,若堆积不好,会使外延层的质量及表面形貌变差。DCXRD和TEM测试表明,用反应室原位铺Al的方式在Si(111)衬底铺Al,可以有效地抑制SiN_x的形成,而且GaN材料表面平整,结晶质量好。 2、研究了AlN缓冲层生长厚度对GaN外延层的影响。实验结果表明:AlN缓冲层厚度有一合适范围,AlN缓冲层太薄达不到阻挡Ga滴回熔的作用,太厚达不到消除外延层部分应力的作用。AlN缓冲层厚度对外延层质量的影响表明:Si衬底上铺Al只能在开始生长AlN缓冲层的瞬间起阻挡SiNx形成的作用,真正在生长过程中起阻挡SiNx形成及Ga滴回熔的还是AlN缓冲层。 3、把本实验室在蓝宝石衬底上使用的偏离化学计量比的高温GaN缓冲层的思想用于Si(111)衬底GaN外延膜生长,大大提高GaN/Si外延层的结晶质量。
【学位授予单位】:南昌大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TN304.05;TN312.8

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