退火工艺对mocvd生长gan基外延薄膜影响地研究

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1、万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文退火工艺对MOCVD生长的GaN基外延薄膜影响的研究摘要GaN基半导体材料因其拥有很大的带隙宽度、高的击穿电场、高的电子饱和漂移速度以及强的抗辐射能力等优点，普遍应用于高温、高功率的微波器件和各类光电子器件中，如AlGaN／GaN衄MT器件和InGaN／GaNLED器件。本文利用MOCVD方法，在蓝宝石(A1203)衬底上生长了GaN基半导体材料，系统地研究了退火工艺对GaN外延薄膜阻值和位错等微观形态的影响，通过提出低阻GaN外延薄膜和高阻GaN外延薄膜的形成机理模型图，详细地阐述了GaN外延薄膜呈现不同阻

2、值的原因。同时，还研究了退火温度对InGaN／GaN多量子阱的晶体质量、表面形貌以及发光性质的影响，较为全面地了解了退火温度对InGaN／GaN多量子阱的影响规律。具体的研究结果如下所示：利用MOCVD方法，通过改变生长过程中成核层退火阶段的反应室压力和退火时间，在Al：03衬底上制得了不同阻值的GaN外延薄膜。利用原子力显微镜(AFM)、高分辨X射线衍射(脉XRD)和透射电子显微镜(TEM)对所生长的GaN薄膜的表面形貌、位错密度和位错形态进行了研究。结果表明，GaN的电阻率与位错形态之间存在必然联系，由此建立了模型来解释两者之间的关系。由于刃

3、型位错附近存在负电荷，因此可为电子提供传导通道。在低阻GaN中，绝大多数位错发生弯曲和相互作用，在平行于基底方向上形成负电荷的导通通道，GaN薄膜的电导率较高。在高阻GaN万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文中，位错生长方向垂直于基底，负电荷很难在平行于基片方向上传导，GaN薄膜的电导率很低，由此得到高阻GaN。综合分析AFM、Ⅷ之XRD、PL及Hall测试结果，确定了生长高质量高阻GaN外延层的退火时间为5min，从而优化了退火时间。利用MOCVD方法，在A1203衬底上生长了InGaN／GaN量子阱，并分别采用7100C、740。C和840

4、0C对样品进行退火处理获得不同的样品。利用职XRD、AFM、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光谱(PL)系统地研究了退火温度对InG心『／GaN量子阱晶体质量、表面形貌和光学性质间的影响规律。结果表明：较低的退火温度可使InGaN／GaN量子阱的表面起伏降低进而改善其晶体质量，而随着退火温度的升高InGaN／GaN量子阱的表面起伏会增大使其晶体质量恶化。同时，InGaN／GaN多量子阱在热退火作用下，三个样品中In原子的热扩散运动显著并且在三个样品表面都会产生Ga元素富集现象。同时，InGaN／GaN量子阱经退火处理后，光致发光谱因压应力释放而会

5、发生蓝移现象。由此断定了热退火处理会对InGaN／GaN量子阱内的元素分布和能带结构产生影响。关键词：MOCVD，高阻GaN，InGaMGaN量子阱，退火万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文THE腑’LUENCEOFANNEALINGPROCES0NGAN．BASEDEPITAⅪALFILMSGROWNBYⅣ匝TAL0RGANlCCHEⅣⅡCALVAPORDEPOSITl0NABSTRACTGaN-basedsemiconductormaterialsarewidelyusedinhigh·temperature，hi曲一powermicrow

6、aVedeVicesandV撕ousoptoelectronicdeVices，suchasA1GaN／GaNHEMTdeviceandtheInG时WGaNLEDdevices，duetotheirwideballdg印，hi曲breakdown6eld，hi曲sa眦atedelectron“RVelocityandhighradiationresistance，etc．Inthisthesis，westlJdiedthe伊o、VnofGaN-basedsemiconductormaterialsonsapphiresubstratesbyme

7、ansofmetalorganicchemicalV印ordeposition(MOCVD)．Theef．fectof锄ealingprocessonGa_N-basedepitaxial61ms’resistanceandthedislocationmo印hologieswasstudied．Weproposedafomationmechanismmodeloflow—resiStance(LR)andhi曲一resistance(HR)GaNnlmstoexplainthereasonwhyGaNepitaXialfilmshaVedif-f

8、erentresistance．Also，theefIfectof锄ealingtemperatureontheInGa_N／Ga_Nm