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硅基SiC中间层辅助法合成GaN薄膜和纳米线的研究

董志华  
【摘要】:由于优良的性质及巨大的应用价值,GaN 被誉为第三代半导体的典型代表。近年来,GaN 的相关领域吸引了越来越多的研究者的目光。 GaN 是一种宽禁带(Eg=3.39 ev),直接带隙半导体,这使得它在短波长光电器件领域有不可替代的作用。GaN 及其相关的固熔体合金可以实现带隙从1.9eV(InN)到6.2eV(AlN)连续可调,是实现整个可见光波段和紫外光波段发光和制作短波长半导体激光器的理想材料。当前,GaN 基的近紫外、蓝光、绿光发光二极管已经产业化,激光器和光探测器的研究也方兴未艾。由于禁带较宽,GaN 激光器具有较短的波长,用于激光存储将大大提高存储密度。另外,值得一提的是,GaN 基的高亮度白光发光二极管,具有低能耗、高效率、寿命长、价格低廉的特点,是真正的冷光源,有望在将来取代传统的白炽灯,成为主要的照明工具,它将使人类的生活发生巨大的变革。 GaN 具有高功率特性和低噪声微波特性,GaN 的热稳定性好,热膨胀系数小,热导率大,是制造大功率器件及微波器件的优良材料。在许多条件严酷的极端环境中,GaN 将是替代传统半导体的首选材料。 GaN 一维纳米结构,具有许多新奇的物理特性,在一维器件系统方面有极大的潜在应用价值。针对GaN 一维纳米结构的研究是当前最活跃的领域之一。 GaN 的研究已经持续了数十年。困扰研究者的最大的问题是:GaN 体单晶难以获得。因此,外延GaN 薄膜没有可用的同质衬底。考虑到Si 材料可以廉价获得,并且已经具有非常成熟的工艺系统,所以可以做为GaN 外延的异质衬底。这也正是我们采用Si 做为衬底材料的原因。可是,Si 衬底存在较大的缺点:和GaN的晶格失配大;与GaN 浸润性差。虽然随着MOCVD、MBE 技术和缓冲层的使用,使硅基薄膜的生长有了很大提高,但是工艺的昂贵性又成了一个极大的不利条件。为了克服以上缺点,我们采用射频磁控溅射法和后氨化工艺(令薄膜样品在高温下和氨气反应),并利用以溅射法沉积在Si 衬底上的SiC 做为中间层,来制备GaN 薄膜。经测试分析,采用中间层使薄膜的质量提高。


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