氮化鎵(GaN)材料具有直接寬帶隙、良好熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,在發(fā)光二極管、激光器、探測器、高電子遷移率晶體管等器件上有重要的應(yīng)用。但由于異質(zhì)外延中GaN與襯底之間的晶格失配與熱失配,GaN材料中存在高密度缺陷,如V形坑、位錯、點缺陷等。這些缺陷在GaN材料中形成非輻射復(fù)合中心、載流子散射中心、漏電流通道等,嚴重影響了GaN基器件的效率、壽命等,制約了GaN基材料和器件的進一步發(fā)展和應(yīng)用。V形坑缺陷是GaN基材料中的常見缺陷。與其他種類缺陷不同,V形坑缺陷在InGaN/GaN量子阱LED中起到了增強其發(fā)光效率的作用。對于AlGaN基短波長LED,V形坑未能增強其發(fā)光效率。由此可見,在InGaN與AlGaN材料體系下,V形坑對材料性能的影響是不同的。因此,本論文研究了V形坑缺陷對GaN材料性能影響,為揭示V形坑對氮化物的影響機理,實現(xiàn)高性能的GaN基器件提供參考。主要的研究內(nèi)容和成果如下:(1)研究金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法生長GaN基材料的生長動力學(xué),研究V形坑缺陷的影響因素,實現(xiàn)了不同V形坑缺陷密度的GaN基材料生長,典型的GaN中的不同的V形坑密度為4.00×10~6 cm~(-2),1.75×10~7 cm~(-2),4.56×10~7cm~(-2)以及8.00×10~7 cm~(-2)。(2)研究了V形坑缺陷對GaN基材料光學(xué)特性的影響規(guī)律,通過研究不同V形坑密度的GaN的光致發(fā)光譜特性,發(fā)現(xiàn)V形坑缺陷沒有在GaN能帶結(jié)構(gòu)中形成深能級,并且能夠在一定程度上抑制淺施主能級形成;同時,研究了V形坑對GaN基材料結(jié)構(gòu)特性的影響,通過研究不同V形坑密度的GaN的X射線衍射譜(XRD),發(fā)現(xiàn)V形坑并未引起GaN基材料半峰寬的明顯展寬,說明其未破壞GaN外延層晶體結(jié)構(gòu)特性。此外,研究了V形坑對GaN基材料應(yīng)力的影響,對不同V形坑密度的樣品的拉曼特性進行研究,結(jié)果表明V形坑在GaN基材料中起到了釋放應(yīng)力的作用。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN304
【部分圖文】：

第一章 緒論GaN 屬于六角晶系，成六角密堆積結(jié)構(gòu)，Ga 原子與 （0001）面，(0001)方向原子排列順序為......AaBbAaBc，如圖 1.1.1 所示。在 GaN 晶胞中，Ga 原子處于 N 同時 N 原子也處于 Ga 原子構(gòu)成的正四面體中心。纖獨立晶格常數(shù)，即面內(nèi)常數(shù) a 與垂直面內(nèi)常數(shù) c，面內(nèi) a 軸之間夾角 120o，c 軸與面內(nèi) a 軸之間的夾角GaN 面內(nèi)常數(shù) a 與處置面內(nèi)常數(shù) c 之間比值 c/a=1.633[

圖 1.2.1 V 形坑缺陷的結(jié)構(gòu)示意圖前，對于 V 形坑缺陷的形成機理尚無定論，根據(jù)不同研究者從不，大致可以認為 V 形坑缺陷的形成可能有三種不同的原因。從質(zhì)慮，V 形坑缺陷的形成可能與應(yīng)力狀態(tài)與吸附原子的表面遷移速率觀察角度考慮，V 形坑缺陷的產(chǎn)生總是伴隨著穿透位錯的終止，同還可能與反相疇、堆垛層錯等相關(guān)聯(lián)。 InGaN/GaN 量子阱結(jié)構(gòu)中，隨著 InGaN 層總厚度的增加，當總厚值時（25nm），即會出現(xiàn) V 形坑缺陷。這一數(shù)值與 GaN 壘層的厚度InGaN 與 GaN 厚度的比值無關(guān)，被稱為 V 形坑缺陷產(chǎn)生的臨界厚度為這是由于臨界厚度達到后需要通過粗糙化表面的方式釋放應(yīng)力，的產(chǎn)生即為表面粗糙化的結(jié)果[11]。另一方面，當 In 組分逐漸增加時的密度也隨著增加，在高 In 組分 InGaN 材料中 V 形坑缺陷密度員認為這是由于 In 組分的增加增大了 InGaN 與 GaN 之間的失配應(yīng)

改變生長溫度對于 V 形坑缺陷密度以及尺寸影響也非常明顯值時 V 形坑將被填平，有效支撐了原子表面遷移率是 V 形坑一的觀點[14, 18-23]。構(gòu)觀察的角度，部分研究認為穿透位錯是形成 V 形坑缺陷的V 形坑缺陷的穿透位錯類型仍然存在爭議。在 GaN 中，穿透位，即純?nèi)形诲e、純螺位錯以及混合位錯。Kim 等人[14]觀察到的透射電子顯微鏡（TEM）圖像，明顯看到，在螺位錯與混合位坑缺陷，而在刃位錯終端則沒有看到。其后 Son 與 Wu 等人[22觀察到類似結(jié)果，由此他們認為螺位錯與混合位錯與表面的交形坑缺陷，刃位錯與 V 形坑缺陷無關(guān)。與此相反的研究結(jié)果由 TEM 觀察到，V 形坑缺陷的底部并無螺位錯與混合位錯，而 1.2.2 所示。同樣有研究指出[11,23]，包括刃位錯在內(nèi)的所有穿面處產(chǎn)生 V 形坑缺陷。
【參考文獻】

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1 張爽;趙德剛;劉宗順;朱建軍;張書明;王玉田;段俐宏;劉文寶;江德生;楊輝;;穿透型V形坑對GaN基p-i-n結(jié)構(gòu)紫外探測器反向漏電的影響[J];物理學(xué)報;2009年11期

本文編號：2858157