制备可剥离孔洞结构的自支撑gan衬底模板

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1、3.4制备可剥离孔洞结构的自支撑GaN衬底模龙利川上Iftf电化学腐蚀和光电化学腐蚀得到的多孔状GaN结构，使川MOCVD继续外延生成5Um厚的GaN薄脱，由于外延生长下的菇温条件以及表而能最小化的驱动使得腐蚀完的样品在外延生长过程中形态发生了叨显变化。原來的树枝状的孔洞结构相互融合形成人的洞穴结构，部分样品比如双层样品以及加了光电化学腐蚀的样品出现了屮空结构。(a)(b)阉⑻均匀硅掺杂浓度样品电化学腐蚀后外延生长的SEM阁，（b＞均匀硅掺杂浓度样品电化学和光电化学腐蚀后外延生长的SEM图图⑻为均匀硅掺杂浓度样品经过电化学腐蚀V；•

2、再使用MOCVD外延生长/T；•的SEM图。使用的样品的结构为蓝宝石衬底上先沉积一层2um厚的未掺杂GaN层，接卷乂生长了一层2um厚的Si掺杂浓度为5X1018/cm3的n型GaN层。通过电化学腐蚀会在2um后的n型GaN层中形成均匀的纳米孔结构。在外延生长过程中这些纳米孔洞会不断融合，其体变现为n型GaN层鉍上层lum的纳米孔结构完全融合消失，K•上生长了均匀的高质fi的GaN外延层，n型GaN层下面的lum的孔洞结构会不断融合形成孔尺寸较人的孔洞结构，最人的孔洞直径可达375nm。阁（b）为均匀硅掺杂浓度样品经过电化学和光电化

3、学腐蚀后再使用MOCVD外延生长后的SEMI冬

4、。（b＞使用的样品和⑻为相同结构的样n%都经过相同的电化学腐蚀处理，不过（b＞在电化学腐蚀后乂经过20min的光电化学腐蚀处理。通过SEM电镜图的比较，我们可以发现两者的形貌也存在的明敁的区别，光屯化学腐蚀不经会对蓝宝石与UIDGaNS的交界处的未掺杂的GaN进行腐蚀，形成大面积的孔洞结构。同时也会加剧原來n型GaN的腐烛，从而使得上面的纳米孔洞结构变为屮空的断裂层，而其上同样可以外延牛长的均匀的GaN层。正是这种结构的存在使得我们得到自剥离的GaN衬底材料称为可能。图（a）（b）使川

5、的样品都足在蓝宝石衬底上川MOCVD生长的高浓度Si掺杂的GaN薄膜。先是在蓝宝石衬底I•.外延一层2Mm厚的未掺杂的GaN缓冲层（UID）,然后继续生长一S2um厚的高浓度Si掺杂的GaN层，Si掺杂的浓度为IX1019cm-3。接着继续生长一层lum厚的低浓度Si掺杂的GaN层，Si掺杂浓度为3X1018cm-3。从（apl1可以看出商硅掺杂浓度的腐蚀非常明显，即使在后续的岛温外延伞长过程中也没有完全融合形成上述的孔洞形貌当然这样的不规则形貌是冇利于GaN的剥离，但是不利于外延生长高质S的GaN外延层。所以这就是我们在其上生长了

6、一层低浓度硅掺杂GaN的原因，有利于提高外延GaN层的晶体质量。（b＞为经过光电化学处理的样品的外延生长的SEM电镜图，光电化学处理的作用与影响同上，特别耑要注意的足，SEM图屮上次外延GaN层与衬底材料之间己经出现人规模明显的断层，这说明要使用外力就可以很界易剥离上层的GaN外延层。图为使用外力剥离上层的GaN外延层的SEM电镜图。JSM-7000FSEI8.0kVX9.000WD6.6mm阁⑻双层不同硅掺杂浓度样品电化宁腐蚀n•外延生长的SEM阁，（b＞双层不同硅掺杂浓度样品电化学和光电化学腐蚀后外延生长的SEM图图使川外力部分

7、剥离的GaN的SEM图•未腐蚀样品外延单层电化学腐蚀样品外延7000060000cndAllsuelund500004000030000100000300350400450500550600650700750Wavelength(nm)20000图七未腐蚀和电化学腐蚀后外延样品的PL谱图七给出了未腐蚀直接外延样品和经过电化学腐蚀再外延生长的样品的常温PL谱，川來研究化7:腐蚀产生的孔洞结构对样品的光学性质的影响。从阁屮可以发现，经过电化学腐蚀处理的样品黄带发光强度远高于未经过处理的，这足由于进行电化学腐蚀以后会引起结键不完整的晶体结

8、构，从而导致Ga空位引起的。M吋也可以发现，经过电化学腐蚀处理的样品有着明显的蓝带发光现象。一般认为蓝带发光起源于材料中的碳杂质缺陷，从而导致导带中的&由电子跃迁到受主能级发光。所以这里出现蓝带发光的现象可能足由于化学腐蚀产卞的孔洞结构有利于碳杂质的沉积，从而导致明显的蓝带发光的出现。从表可以看出，样品半高宽相差不大，说明他们的晶体质S相似。所以可以发现电化学腐蚀及光电化学腐蚀对样晶之后的外延生长的晶体质量影响不大。单层原片外延单层电外延单层正面光照外延单层背面关照外延0.0870.0930.0900.0910.1100.1030.

9、1050.107双层原片外双层电外延双层正面光双层背面关延照外延照外延0.0900.0930.0900.0940.1030.1210.1230.111表样品的002和102而的X射线摇摆曲线的半W宽3.5本章小结