MOCVD方法生长硅基GaN与Al_xGa_（1x）N薄膜及其性能研究

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1、浙江大学硕士学位论文MOCVD方法生长硅基GaN与Al_xGa_（1-x）N薄膜及其性能研究姓名：倪贤锋申请学位级别：硕士专业：材料物理与化学指导教师：叶志镇20040101MOCVD々i上‘EK肝墙GaN。』AI。GahN．肆膜肚IL．PI：肫iiff咒摘要近年柬，GaN受其合金材料以其优异的物理与化学特性在蓝绿光发光二极昔、激光器，以及高温、大功率、高频电子器件方面有着广阔的应用前景。常t嗯的氮化镓基器件通常是制作在蓝宝石上的。然而，由于蓝宝石衬底自身绝缘且硬度赶，器件工艺复杂，制作成本费用高：而且由于它导热性能差，不利于大功率器件的制作：硅衬底则可以

2、克服这些不足。本论文总结了国内外OaN基材料与器件的研究历史、现：吠以及存在的问题，刊用目行设计并制造的MOCVD系统，采用特殊的缓冲层技术，在si对底上成功生长_『高质量的GaN外延层与AI、GahN外延层．并对其性能进孝了全面的研竞。生长的GaN薄膜晶体质量较好，其高分辨XRD回摆曲线半高宽为目前国内文献报道的最优值．达到国际先进水平。论文的主要内容如下：、自制MOCVD系统的调试及参数优化。针对新建的MOCVD系统，我们对其进行了调试以及参数的优化，并在蓝宝石衬底上生长了OaN薄膜。同对也解抉了一些实验过程中所面临的问题并对部分结构进行了优化与改进。

3、二、高质量的硅基GaN薄膜的外延生长，使用优化后的生长工艺，我们使用高温AIN缓冲层生长了具有高晶体质量的硅基GaN外延薄膜。对GaN薄膜的原位退火工艺将有助于薄膜晶体质量的提高。退火后的GaN薄膜的(0002)峰的X射线回摆曲线半高宽从原来的1050arcsec降至560arcsec。这是目前国内报道过的最优值。三、对薄膜的拉曼光谱测试表明OaN薄膜处于张应力状态。这是GaN薄膜个别区域出现裂纹的直接原因。SIMS测试表明高温下OaN薄膜与si衬底之间有着一定程度的扩散现象。四、生氏了衍合器件要求的硅基At。Gal．。N外延层。经高分辨XRD分析，AIG

4、aN(0002)、f0004)7h射峰的半高宽分别为703arcseclj664arcsec。AI的庠尔组分为228％，己达到LED器件肘势垒层的要求，}所i【L≯“目f-7：他'仑义MOCVD玎沾7￡Kfrf硅GaN’』AI、GahN，译n锤MICrtf也川‘ft．Abstractinrecent)'ears，GalliumNitrideasawidebandgapsemiconductorhasattractedmoreandmoreattentionforitsapplicationsinbtue．greenlightemittingdiodes(L

5、ED)，laserdiodes(LDl．andhigh·temperature，high·frequency,high-powerelectronicdevices，suchasHEMTsHowever,themajority'ofGaN—baseddevicesarelhbricatedonsapphiresubstrate．whichhasmanydisadvantagestothedevicefabricationprocesses．suchasinsulatingnature．hardtocleave．Siliconsubstrateisa11ex

6、cellentaltemativetosapphire，whichischeaperandhasmuchhighercrystallinequality．Mostimportantly．itisconductiveandcanserveaselectrodesitself．Inthisthesis，focusedonthefabricationofGaN—baseddevicesonSisubstrates，wesuccessfullygrewGaNepilayersonSi(11I)usingMOCVDtechnique．1ayingfoundation

7、tosubsequentfabricationofGaN—baseddevices．【hemamcontentofthisthesisISasfoIlows。1Theoptimizationoffilmgrowthparametersforournewly—builtMOCVDsystemandsystemtroubleshootingTheoptimizedparametersincludesubstratetemperatureforepilayergrowth，filmgrowthrate(moleflow'rateofTMGa)，androtati

8、onspeedofsubstrateAccordingtothec