通過調(diào)整非故意摻雜氮化鎵層的厚度,分析氮化鎵基LED外延生長(zhǎng)過程中應(yīng)力的演變行為,以控制外延片表面的翹曲程度,從而獲得高均勻性與一致性的外延片。由于襯底與外延層之間的熱膨脹系數(shù)差別較大,在生長(zhǎng)溫度不斷變化的過程中,外延片的翹曲狀態(tài)也隨之改變。在n型氮化鎵生長(zhǎng)結(jié)束時(shí),外延片處于凹面變形狀態(tài)。在隨后的過程中,外延薄膜"凹面"變形程度不斷減小,甚至轉(zhuǎn)變?yōu)?凸面"變形,所以n型氮化鎵生長(zhǎng)結(jié)束時(shí)外延片的變形程度會(huì)直接影響多量子阱沉積時(shí)外延片的翹曲狀態(tài)。當(dāng)非摻雜氮化鎵沉積厚度為3.63μm時(shí),外延片在n型氮化鎵層生長(zhǎng)結(jié)束時(shí)變形程度最大,在沉積多量子阱時(shí)表面最為平整,這與PLmapping測(cè)試所得波長(zhǎng)分布以及標(biāo)準(zhǔn)差值最小相一致。通過合理控制非故意摻雜氮化鎵層的厚度以調(diào)節(jié)外延層中的應(yīng)力狀態(tài),可獲得均勻性與一致性良好的LED外延片。 

【文章來源】：發(fā)光學(xué)報(bào). 2017,38(09)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

外延片曲率測(cè)試原理示意圖

榷醞庋悠??逯柿坑跋旖閑Ｍ?保?咀檠?品多量子阱生長(zhǎng)參數(shù)完全一致，通過擬合ω-2θ掃描結(jié)果可知多量子阱的周期厚度分別為13．83，13，79，13，81，13．82nm，且樣品零級(jí)峰半高寬都在110arcsec左右，說明調(diào)整u-GaN層厚度對(duì)多量子阱的結(jié)構(gòu)參數(shù)影響可忽略不計(jì)。表1系列Ⅱ樣品HＲXＲD掃描結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Tab．1HＲXＲDscanresultsof(002)and(102)planeofseriesⅡsamples樣品編號(hào)(002)面半高寬/arcsec(102)面半高寬/arcsec‘0’級(jí)峰半高寬/arcsecA-1292270112A-2281259111A-3289253111A-4275267110圖2為第Ⅱ系列樣品中心點(diǎn)的室溫PL譜，4個(gè)樣品取自石墨盤中圈1號(hào)位置，經(jīng)高斯擬合得到4個(gè)樣品的峰值波長(zhǎng)分別為458．1，458．0，456．6，457．9nm，半高寬分別為22．48，22．52，22．29，22．28nm，強(qiáng)度分別為4．49，4．64，4．51，4．51。對(duì)比測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)各樣品的半高寬以及強(qiáng)度波動(dòng)較小，但A-3樣品的峰值波長(zhǎng)藍(lán)移約1．5nm左右，說明此時(shí)外延片的翹曲狀態(tài)可能發(fā)生改變，影響了In原子的并入效率，從而導(dǎo)致波長(zhǎng)變短。圖3為DＲT-210在線曲率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試所得樣品曲率隨時(shí)間的變化圖，插圖為n-GaN生長(zhǎng)結(jié)束時(shí)的局部放大圖。通過插圖可以看出4組樣圖2系列Ⅱ樣品的室溫PL譜Fig．2ＲoomtemperaturePLspectraofseriesⅡsamples圖3系列Ⅱ樣品生長(zhǎng)過程的在線曲率監(jiān)測(cè)圖Fig．3CurvaturevaluesofseriesⅡsamplesmeasuredbythein-situwaferbowingmeasurementssystems品的生長(zhǎng)時(shí)間以及此時(shí)樣品曲率之間的差別:A-1與A-2樣品生長(zhǎng)時(shí)間相同且最長(zhǎng)，A-3樣品次之且曲率值最校從圖3中可以看出，在沉積u-GaN層與n-GaN層時(shí)，外延片呈“凹面”變形狀態(tài)。這是由于藍(lán)寶石襯底與GaN外延層之間存在較大的晶格失配和熱失配作用，使得外延

/arcsec‘0’級(jí)峰半高寬/arcsecA-1292270112A-2281259111A-3289253111A-4275267110圖2為第Ⅱ系列樣品中心點(diǎn)的室溫PL譜，4個(gè)樣品取自石墨盤中圈1號(hào)位置，經(jīng)高斯擬合得到4個(gè)樣品的峰值波長(zhǎng)分別為458．1，458．0，456．6，457．9nm，半高寬分別為22．48，22．52，22．29，22．28nm，強(qiáng)度分別為4．49，4．64，4．51，4．51。對(duì)比測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)各樣品的半高寬以及強(qiáng)度波動(dòng)較小，但A-3樣品的峰值波長(zhǎng)藍(lán)移約1．5nm左右，說明此時(shí)外延片的翹曲狀態(tài)可能發(fā)生改變，影響了In原子的并入效率，從而導(dǎo)致波長(zhǎng)變短。圖3為DＲT-210在線曲率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試所得樣品曲率隨時(shí)間的變化圖，插圖為n-GaN生長(zhǎng)結(jié)束時(shí)的局部放大圖。通過插圖可以看出4組樣圖2系列Ⅱ樣品的室溫PL譜Fig．2ＲoomtemperaturePLspectraofseriesⅡsamples圖3系列Ⅱ樣品生長(zhǎng)過程的在線曲率監(jiān)測(cè)圖Fig．3CurvaturevaluesofseriesⅡsamplesmeasuredbythein-situwaferbowingmeasurementssystems品的生長(zhǎng)時(shí)間以及此時(shí)樣品曲率之間的差別:A-1與A-2樣品生長(zhǎng)時(shí)間相同且最長(zhǎng)，A-3樣品次之且曲率值最校從圖3中可以看出，在沉積u-GaN層與n-GaN層時(shí)，外延片呈“凹面”變形狀態(tài)。這是由于藍(lán)寶石襯底與GaN外延層之間存在較大的晶格失配和熱失配作用，使得外延片在沉積的過程中一直受到應(yīng)力的影響。雖然在形核與島合并的過程中，會(huì)形成大量位錯(cuò)，借此釋放失配應(yīng)力，但是在這個(gè)過程中應(yīng)力并不能釋放完全［23-24］，所以在u-GaN生長(zhǎng)時(shí)仍然存在殘余應(yīng)力，導(dǎo)致外延薄膜發(fā)生翹曲。隨著厚度的不斷增加，外延片受到的應(yīng)力也會(huì)不斷積累直至弛豫［25-26］，翹曲也越來越嚴(yán)重。在隨后沉積低溫多量子阱時(shí)，熱應(yīng)力使得外延薄膜的“凹面”變形程度不斷減小，直到表面平坦甚至變?yōu)椤?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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