銅單晶襯底上GaN薄膜的ECR-PEMOCVD低溫生長(zhǎng)研究.pdf

1、氮化鎵（GaN）基半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）的絕大多數(shù)襯底為藍(lán)寶石（α-Al2O3），而α-Al2O3襯底具有價(jià)格昂貴、絕緣、導(dǎo)熱性差、尺寸?。ㄖ睆絻H為2~4英寸）的缺點(diǎn)。與α-Al2O3襯底相比，一些金屬襯底具有廉價(jià)、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、大面積且反射率高的優(yōu)點(diǎn)，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(dǎo)電結(jié)構(gòu)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?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)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(chǎn)成本。因而在金屬上制備GaN薄膜具有重要的研究意義。
　　從國(guó)內(nèi)外的進(jìn)展來(lái)看，在自支撐的金屬襯底上直接生長(zhǎng) GaN薄膜的報(bào)導(dǎo)很少。其主要原因是常規(guī)金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）的生長(zhǎng)溫度高達(dá)1050℃左右，這使得很多金屬襯底與 GaN薄膜產(chǎn)生有害的界面反應(yīng)，高溫沉積會(huì)加速金屬粒子擴(kuò)散至GaN薄膜中，難以生長(zhǎng)高質(zhì)

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(zhǎng)方法。
　　本文使用電子回旋共振-等離子體增強(qiáng)金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（ECR-PEMOCVD）低溫生長(zhǎng)設(shè)備，在自支撐的單晶Cu金屬襯底上低溫外延生長(zhǎng)單一c軸取向的高質(zhì)量GaN薄膜。實(shí)驗(yàn)以三甲基鎵（TMGa）為鎵源，氮?dú)猓∟2）等離子體為活性氮源，通過氮等離子體與TMGa反應(yīng)在單晶Cu襯底上生成GaN薄膜，重點(diǎn)研究控制緩沖層和生長(zhǎng)層的TMGa流量對(duì)外延生長(zhǎng) GaN薄膜性能的

4、影響，并給出優(yōu)化的生長(zhǎng)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(cè)試（I-V測(cè)試）等表征方法分析了GaN薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、光學(xué)性能以及電學(xué)特性。其中，緩沖層沉積溫度為300℃，其TMGa流量為1.1 sccm，生長(zhǎng)時(shí)間30分鐘，生長(zhǎng)層沉積溫度為450℃，其TMGa流量為1 sccm，生長(zhǎng)時(shí)間3小時(shí)， GaN薄膜的質(zhì)量最好，具有較好的晶體質(zhì)量和較強(qiáng)的紫外發(fā)