鍍銀硅片襯底上低溫沉積GaN薄膜的特性研究.pdf

1、氮化鎵(GaN)作為Ⅲ-Ⅴ直接帶隙半導(dǎo)體材料，室溫下有著較寬的禁帶寬度(3.39eV)。20世紀(jì)90年代，日本Nichia公司開發(fā)出第一只InGaN/AlGaN雙異質(zhì)結(jié)藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)，標(biāo)志著GaN在取代了繼Si和GaAs之后成為了第三代半導(dǎo)體材料并正式登上了商用化的舞臺(tái)。目前，GaN以其優(yōu)良的特性已經(jīng)被應(yīng)用到如發(fā)光二極管(LED)、半導(dǎo)體激光(LD)、紫外探測(cè)器、太陽(yáng)能電池以及大規(guī)模集成電路等諸多領(lǐng)域，并將在高頻、耐高溫、抗輻

2、射和大功率半導(dǎo)體器件應(yīng)用方面有著更廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)于目前制備GaN薄膜材料來(lái)說(shuō)，常用的襯底材料主要有藍(lán)寶石(α-Al2O3)、Si、SiC以及石英等材料，并且已經(jīng)具備相對(duì)成熟的制備工藝。各種襯底材料有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但也存在諸多缺點(diǎn)，比如α-Al2O3和Si與GaN晶格失配較大，SiC的價(jià)格昂貴等。
　　為了削弱襯底材料對(duì)GaN發(fā)展的影響，更好地發(fā)揮GaN材料的特性，近年來(lái)，有人開始嘗試在金屬襯底上生長(zhǎng)GaN薄膜。首先，由于金屬

3、具有良好的導(dǎo)熱性，可以有效地解決LED器件中的散熱問(wèn)題;其次，由于金屬的導(dǎo)電性可以直接將其用作器件的電極來(lái)使用。最后，廉價(jià)的金屬襯底可以節(jié)省器件成本。然而，以金屬為襯底制作GaN基LED器件必須克服幾個(gè)難題:一、較高的生長(zhǎng)溫度時(shí)容易使金屬不同程度地熔化。二、高溫會(huì)使金屬與GaN之間產(chǎn)生有害的界面反應(yīng)，或加劇金屬雜質(zhì)向GaN薄膜的擴(kuò)散，影響薄膜質(zhì)量。三、金屬材料一般與GaN之間有較高的熱膨脹系數(shù)差，因而在高溫生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致界面應(yīng)力增大，

4、容易導(dǎo)致薄膜龜裂。
　　為了解決上述難題，本文以高反射率的鍍銀硅片為襯底，降低襯底對(duì)光的吸收作用;采用電子回旋共振-等離子體增強(qiáng)金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(ECR-PEMOCVD)方法低溫沉積，避免溫度過(guò)高時(shí)金屬熔化;同時(shí)在沉積前，先生長(zhǎng)一層GaN緩沖層以降低襯底與GaN薄膜間的晶格失配，最終成功制備出高質(zhì)量的GaN薄膜。實(shí)驗(yàn)中，以TMGa和氮?dú)夥謩e作為Ga源和N源，以超純氫氣作為載氣。通過(guò)改變TMGa流量和沉積溫度分別研究二者對(duì)Ga