發(fā)布時(shí)間：2017-04-12 22:04

  本文關(guān)鍵詞：形核層生長速率和阱層生長溫度對MOCVD生長GaN外延薄膜的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,氮化鎵基半導(dǎo)體材料廣泛應(yīng)用于發(fā)光二級管、太陽能電池等各類電子器件領(lǐng)域中,尤其是GaN基LED器件已經(jīng)達(dá)到了大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的水平。本文采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)方法,在藍(lán)寶石襯底上生長具有不同形核速率的GaN外延薄膜,系統(tǒng)地研究了GaN形核島的尺寸及其均勻性對后續(xù)高溫GaN層生長中位錯(cuò)演變機(jī)制的影響;此外,還研究了阱層生長溫度對InGaN/GaN多量子阱(MQWs)晶體質(zhì)量和光學(xué)性能的影響,較為全面地了解阱層生長溫度對MQWs內(nèi)在物理機(jī)制的影響規(guī)律,主要研究成果如下所述。在c面藍(lán)寶石襯底上生長不同形核速率的四組GaN外延薄膜。當(dāng)形核速率為1.92?/s時(shí),會(huì)形成尺寸適宜、均勻分布的形核島,有利于螺位錯(cuò)在島橫向生長過程中同一級水平位置處彎曲,并發(fā)生相互作用而湮沒,且此時(shí)形核島高度大致相同,因此島與島合并時(shí)界面的傾轉(zhuǎn)和偏轉(zhuǎn)量較小,在界面處形成的刃位錯(cuò)也較少。因此,當(dāng)形核速率為1.92?/s時(shí),薄膜的螺型位錯(cuò)密度(0.955×108 cm~(-2))和刃型位錯(cuò)密度(3.32×108 cm~(-2))以及黃帶峰強(qiáng)度達(dá)到最小值,并且具有最高的載流子遷移率(385 cm~2V~(-1)S~(-1))和最低的本征載流子濃度(5.2×10~(16) cm~(-3))。采用MOCVD方法在藍(lán)寶石襯底上生長具有不同阱層生長溫度的InGaN/GaN MQWs結(jié)構(gòu)。隨著阱層生長溫度降低,阱層In組分增大,界面晶格失配引起的壓應(yīng)力增大,大量的應(yīng)力以缺陷的方式釋放出來,導(dǎo)致因位錯(cuò)傳播延伸至表面形成的V型坑尺寸和數(shù)量增加,MQWs更傾向于三維的生長模式,導(dǎo)致MQWs的晶體質(zhì)量變差。反之,阱層生長溫度升高時(shí),阱層In組分降低,MQWs的光致發(fā)光(PL)波長發(fā)生藍(lán)移,且半高寬(FWHM)值不斷減小,晶體質(zhì)量變好。對比不同阱層生長溫度發(fā)現(xiàn),710℃阱溫生長的樣品PL強(qiáng)度最大;激發(fā)功率從5.51 W/cm~2變化至46.08 W/cm~2,740℃阱溫生長的樣品PL峰位藍(lán)移量達(dá)到最低值(9.1 nm)。
【關(guān)鍵詞】：InGaN GaN MOCVD 形核速率 阱層
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 概述10-11
• 1.2 Ⅲ族氮化物的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)11-14
• 1.2.1 晶體結(jié)構(gòu)11
• 1.2.2 常見二元氮化物材料11-12
• 1.2.3 光學(xué)性質(zhì)12-14
• 1.3 GaN 基 LED 的結(jié)構(gòu)與發(fā)光原理14-15
• 1.4 GaN基LED的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀15-17
• 1.4.1 GaN基LED的發(fā)展歷程15-16
• 1.4.2 GaN基LED的發(fā)展現(xiàn)狀16-17
• 1.5 GaN基LED存在的主要問題17-18
• 1.5.1 高In組分的多量子阱生長存在的問題17
• 1.5.2 多量子阱區(qū)的量子斯塔克效應(yīng)17-18
• 1.5.3 GaN的空穴摻雜問題18
• 1.6 本論文研究意義與主要工作安排18-20
• 第二章 MOCVD生長系統(tǒng)與材料表征20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 MOCVD生長系統(tǒng)20-26
• 2.2.1 MOCVD外延生長Ⅲ族氮化物薄膜的機(jī)理20-22
• 2.2.2 MOCVD異質(zhì)外延的生長模式22-23
• 2.2.3 MOCVD設(shè)備簡介23-26
• 2.3 材料表征方法26-34
• 2.3.1 高分辨X射線衍射（HRXRD）26-27
• 2.3.2 原子力顯微鏡（AFM）27-28
• 2.3.3 光致發(fā)光譜（PL）28-29
• 2.3.4 拉曼光譜29-31
• 2.3.5 霍爾（Hall）效應(yīng)測試儀31-34
• 第三章 GaN形核層的形核速率對GaN外延薄膜晶體質(zhì)量的影響34-44
• 3.1 引言34-35
• 3.2 不同形核速率的GaN外延層的樣品制備35-37
• 3.2.1 GaN外延薄膜生長流程35-36
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)方案36-37
• 3.3 形核速率對GaN外延薄膜晶體質(zhì)量的影響37-43
• 3.3.1 GaN外延薄膜的原位監(jiān)測曲線分析37-38
• 3.3.2 GaN形核島的AFM分析38-39
• 3.3.3 GaN外延薄膜的XRD分析39-41
• 3.3.4 GaN外延薄膜的Hall數(shù)據(jù)分析41
• 3.3.5 GaN外延薄膜的PL數(shù)據(jù)分析41-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第四章 阱溫對In GaN/GaN多量子阱層影響的研究44-54
• 4.1 引言44-45
• 4.2 實(shí)驗(yàn)樣品的制備45-46
• 4.3 實(shí)驗(yàn)分析與討論46-53
• 4.3.1 HRXRD分析46-48
• 4.3.2 AFM分析48-50
• 4.3.3 PL譜分析50-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第五章 結(jié)論與展望54-56
• 5.1 結(jié)論54-55
• 5.2 展望55-56
• 參考文獻(xiàn)56-66
• 致謝66-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文68

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