不同转移工艺制备的垂直结构si衬底gan基led光衰分析

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1、第1章绪论图1.1GaN两种结构的原子排列（1）GaN纤锌矿结构（2）GaN闪锌矿结构图1.2GaN的两种结构通常条件下的GaN材料都是纤锌矿结构，这种结构GaN的a和c值分别[15-16]为0.3190nm和0.5189nm，原子结构不同会造成这两种结构的GaN材料的性质不一样。表1-1列出了这两种结构的GaN材料的基本性质，从表中可以看出稳定的GaN的热导率为1.3（K，W/cm），表明它具有良好的热传导性能。[17]在常温下，GaN不会被酸碱腐蚀，化学性质极其稳定。但在高温下，其能缓[18-19]慢地溶解于碱。另外，质量不好的GaN能够被酸碱快

2、速溶解。表1-2是-Ⅴ族氮化物的物理性质。表1-1两种不同GaN结构的性质的对比性质纤锌矿结构GaN闪锌矿结构GaN带隙（eg，ev）3.39（300K）3.5（1.6K）3.2-3.3晶格常数（nm，300K）a=0.31890.452b=0.5186-6线性膨胀系数（1/K,300K）a/a=5.5910_______-6b/b=3.1710热导率（K，W/cm1.3_______介电常数8.99.72第1章绪论1-2族氮化物的物理性质Ⅲ-Ⅴ族氮晶格常数热导率300k禁带宽度热膨胀系数熔点（）-1-1-6-1化物（nm）（WcmK）Eg（300K

3、）（10K）AlNa0=0.31134872.856.25.3c-axisc0=0.4984.2c-axisGaNa0=0.31827911.33.43.2c-axisc0=0.5185.6c-axisInNa0=0.35421460.30.73.7c-axisc0=0.575.7c-axis1.2.2GaN的能带结构族氮化物是直接带隙半导体材料，其禁带宽度可以在0.7eV（InN）和6.1eV（AlN）中连续变化。在高温下，GaN因其较大的禁带宽度能保持很低的本征载流子浓度，因此在高温下它能保持其稳定性，可用作高温器件。图1.2是GaN材料的能带结

4、构图，Chen等人结合光致发光的结果和理论分析较准确地测[20]出在300K下GaN的禁带宽度为3.39eV。图1.2GaN的能带图3第1章绪论1.2.3GaN的极性据相关文献研究报道:采用MOCVD方法在蓝宝石衬底的C面上进行外延生长时,GaN薄膜的生长是沿着[0001]方向延伸,最后GaN薄膜材料的表面是由[21]Ga原子占据；采用MBE方法在蓝宝石衬底C面上进行外延生长时,GaN薄膜[22]的生长是沿着[000-l」方向生长延伸，最终GaN薄膜材料的表面由N原子占据。GaN薄膜材料会因为表面所占据原子类型的不同而呈现出来不同的极性。以纤锌矿结构

5、的GaN材料为例,这种GaN晶体的结构在生长过程中一般是以(0001)为基面逐个层面的生长。每个Ga-N双原子面可以看作是Ga-N原子排布在由两个距离很近的六角形的层面构成的双层里,其中的一个层面是由Ga占据,另一个层面则是由N所占据,并由此形成Ga-N两个极性原子层面。不同的原子排列使材料具有极性不同，不同极性的材料具有的物理化学特性因此也不一样。这种化学特性上的差异会导致它们的表面重构不同,并且会影响到GaN材料的掺杂、器件的发光等特性。Ponce等人发现Ga极性面一般会光亮如镜,而N极性面[23]一般会比较粗糙。如果GaN的基面由Ga占据,Ga

6、原子一般会位于(0001)双层面的顶部,此时为[0001]极性,如果GaN的基面由原子所占据,N原子一般会位于(0001)双层面的顶部,此时为[-0001]极性，如图1.3所示是不同极性纤锌矿GaN结构。图1.3纤锌矿结构GaN(Ga-和N-面)的极性1.2.4GaN的光学特性和电学性能人们于1969年就开始研究GaN的光学性质了，Maruska和Tietjen早在那时就[24]第一次测出GaN的禁带宽度约为3.4eV。在1969年1996年间，有多位科学4第1章绪论家尝试着用各种测试方法来测试GaN的禁带宽度的大小。直到1996年，chen等人就准

7、确的测出GaN材料的禁带宽度为3.39eV。GaN在低温光致发光谱中经常会有束缚激子峰，自由激子峰等精细结构的出[25]现。另外还会有与杂质和缺陷相关的非本征跃迁峰的出现，M.Smith等人利用MOCVD制备了GaN薄膜材料，然后在常温下测试了光致发光谱，发现室温下有激子存在，但是起主导作用的还是本征光跃迁中的带带跃迁。这表明GaN的发光主要来源于自由电子与自由空穴的复合。GaN是宽禁带半导体材料，它的直接帯隙对发光器件来说是非常重要的。然而它的优良的电学性能也是其成为好的光电器件的主要原因之一。由于GaN禁带宽度很大，在很大的温度范围内，GaN具有

8、很低的本征载流子浓度。但是非故意掺杂的GaN属于N型，并且电子浓度较高。随着材料生长技术的提高，非16-3[