在蓝宝石衬底上外延生长GaN薄膜的MOCVD工艺研究

摘要

第三代半导体材料GaN由于具有优良性质使其在微电子和光电子领域有广阔的应用前景，目前制备GaN的方法主要有分子束（MBE）、氯化物气相外延（HVPE）、金属有机物化学气相沉积（MOCVD）。本文介绍了MOCVD法在蓝宝石衬底上外延生长GaN材料并利用其无掩模横向外延生长GaN 薄膜与同样生长条件下，在未经腐蚀预处理的蓝宝石衬底上外延的GaN 薄膜进行对比测试[1]。测试分析结果表明，经过腐蚀预处理的GaN 衍射峰的半峰宽及强度、表面平整度、腐蚀坑密度都明显优于未经腐蚀预处理的GaN 薄膜，使原有生长条件下GaN薄膜位错密度下降50%。并且通过Hal l 测试、x 射线双晶衍射结果、室温PL 谱测试[2]成功地制备出GaN金属络合染料单晶薄膜材料, 取得了GaN 材料的初步测试结果。测试研究发现增加缓冲层厚度、多缓冲层结构可以有效地降低位错密度、提高薄膜质量，其中通过中温插入层结构实验获得了质量最好的GaN 外延层[3]。

关键字：GaN MOCVD 蓝宝石衬底预处理　缓冲层外延生长

STUDY OF EPITAXIAL LATERAL OVERGROWTH OF GALLIUM NITRIDE ON SAPPHIRE BY MOCVD

Haiqing Jiang

Supervisor: Prof.Xianying Dai

ABSTRACT

Gallium-nitride-semiconductor offers good potential value for application in a wide range of optical display, optical recording and illumination due to its excellent quality. At present, molecular beam epitaxity (MBE), Chloride vapor phase epitaxy (HVPE) and metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) are used to prepare GaN.　This text introduces overgrowth of Gallium-nitride on sapphire by MOCVD and compares the result with that on non-corrode sapphire. The results proved that thinner full-width at half- maximum(FWHM)， higher intensity value of X-ray diffraction，smoother surface and lower density value　of the etching pit were received using patterned substrate, which made sure that under the same growth process the density of the dislocations decreased

50%.After that, it also uses Hall Test, X-ray macle diffractionusr Test, and PL Spectrum Test under room temperature to check the GaN thin-film material. The results showed that multi-buffer-layer structure could decrease the density of the dislocations and improve the quality of the crystal structure. The GaN epilayer with Intermediate-Temperature insert layer had the best results of all the samples.

KEY WORDS: GaN MOCVD surface pretreatment on sapphire substrate cushion epitaxial growth

第一章绪论

1.1 GaN 材料的基本特性

1.2 现有的GaN 基化合物的制备技术

1.3 GaN 现有制备技术对比

第二章 MOCVD 中影响成膜因素

第三章蓝宝石衬底表面预处理

3.1 蓝宝石衬底与处理的原因化学奥赛中国第一

3.2 实验探究与结果分析

第四章研究缓冲层结构及其改进

4.1洛阳伽蓝记校笺传统缓冲层及其局限

4.2 实验探究及其结果分析

第五章 GaN 薄膜的生长研究

5.1 GaN 材料的生长

5.2 生长的GaN 四棱锥材料的测试结果

第六章结论

致谢

参考文献

第一章绪论

1.1 GaN 材料的基本特性

GaN 首先由Johnson 等人合成，合成反应发生在加热的Ga 和NH3 之间，600~900℃的温度范围，可生成白、灰或棕粉末(是含有O 或未反应的Ga 所致)[4]。GaN 是极稳定的化合物，又是坚硬的高熔点材料，熔点约1700℃。GaN 具有高的电离度，在Ⅲ-Ⅴ族化合物中是最高的。在大气压力下，GaN晶体一般呈六方纤锌矿结构，具有空间P6mc(C6)。它在一个元胞中有4 个原子，元胞体积大约为GaAs的一半。另外其硬度高，所以又是一种良好的涂层保护材料。GaN 器件制备工艺中还存在一些问题，如表面清洗、腐蚀技术，欧姆接触制备和p-n 巴克斯结制作等技术。

GaN 的结构特性

氮化镓材料可以结晶形成下列3 种结构：纤锌矿结构（六方相，a 相），闪锌矿结构（立方相，b相）和岩盐结构，如图1.1-1.3 所示。

图1.1 纤锌矿GaN 各个不同方向的透视图(a)[0001];(b)[11-20];(c)[10−10]

Fig. 1.1 Perspective views of wurtzite GaN along various directions: (a)[0001];(b)[11−20];(c)[10−10]

本文发布于:2024-09-23 02:18:30，感谢您对本站的认可！

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