V形坑缺陷对GaN材料性能影响研究
发布时间：2020-10-27 06:06
氮化镓(GaN)材料具有直接宽带隙、良好热稳定性和化学稳定性,在发光二极管、激光器、探测器、高电子迁移率晶体管等器件上有重要的应用。但由于异质外延中GaN与衬底之间的晶格失配与热失配,GaN材料中存在高密度缺陷,如V形坑、位错、点缺陷等。这些缺陷在GaN材料中形成非辐射复合中心、载流子散射中心、漏电流通道等,严重影响了GaN基器件的效率、寿命等,制约了GaN基材料和器件的进一步发展和应用。V形坑缺陷是GaN基材料中的常见缺陷。与其他种类缺陷不同,V形坑缺陷在InGaN/GaN量子阱LED中起到了增强其发光效率的作用。对于AlGaN基短波长LED,V形坑未能增强其发光效率。由此可见,在InGaN与AlGaN材料体系下,V形坑对材料性能的影响是不同的。因此,本论文研究了V形坑缺陷对GaN材料性能影响,为揭示V形坑对氮化物的影响机理,实现高性能的GaN基器件提供参考。主要的研究内容和成果如下:(1)研究金属有机化学气相沉积(MOCVD)法生长GaN基材料的生长动力学,研究V形坑缺陷的影响因素,实现了不同V形坑缺陷密度的GaN基材料生长,典型的GaN中的不同的V形坑密度为4.00×10~6 cm~(-2),1.75×10~7 cm~(-2),4.56×10~7cm~(-2)以及8.00×10~7 cm~(-2)。(2)研究了V形坑缺陷对GaN基材料光学特性的影响规律,通过研究不同V形坑密度的GaN的光致发光谱特性,发现V形坑缺陷没有在GaN能带结构中形成深能级,并且能够在一定程度上抑制浅施主能级形成;同时,研究了V形坑对GaN基材料结构特性的影响,通过研究不同V形坑密度的GaN的X射线衍射谱(XRD),发现V形坑并未引起GaN基材料半峰宽的明显展宽,说明其未破坏GaN外延层晶体结构特性。此外,研究了V形坑对GaN基材料应力的影响,对不同V形坑密度的样品的拉曼特性进行研究,结果表明V形坑在GaN基材料中起到了释放应力的作用。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN304
【部分图文】：
第一章 绪论GaN 属于六角晶系，成六角密堆积结构，Ga 原子与 （0001）面，(0001)方向原子排列顺序为......AaBbAaBc，如图 1.1.1 所示。在 GaN 晶胞中，Ga 原子处于 N 同时 N 原子也处于 Ga 原子构成的正四面体中心。纤独立晶格常数，即面内常数 a 与垂直面内常数 c，面内 a 轴之间夹角 120o，c 轴与面内 a 轴之间的夹角GaN 面内常数 a 与处置面内常数 c 之间比值 c/a=1.633[
图 1.2.1 V 形坑缺陷的结构示意图前，对于 V 形坑缺陷的形成机理尚无定论，根据不同研究者从不，大致可以认为 V 形坑缺陷的形成可能有三种不同的原因。从质虑，V 形坑缺陷的形成可能与应力状态与吸附原子的表面迁移速率观察角度考虑，V 形坑缺陷的产生总是伴随着穿透位错的终止，同还可能与反相畴、堆垛层错等相关联。 InGaN/GaN 量子阱结构中，随着 InGaN 层总厚度的增加，当总厚值时（25nm），即会出现 V 形坑缺陷。这一数值与 GaN 垒层的厚度InGaN 与 GaN 厚度的比值无关，被称为 V 形坑缺陷产生的临界厚度为这是由于临界厚度达到后需要通过粗糙化表面的方式释放应力，的产生即为表面粗糙化的结果[11]。另一方面，当 In 组分逐渐增加时的密度也随着增加，在高 In 组分 InGaN 材料中 V 形坑缺陷密度员认为这是由于 In 组分的增加增大了 InGaN 与 GaN 之间的失配应
改变生长温度对于 V 形坑缺陷密度以及尺寸影响也非常明显值时 V 形坑将被填平，有效支撑了原子表面迁移率是 V 形坑一的观点[14, 18-23]。构观察的角度，部分研究认为穿透位错是形成 V 形坑缺陷的V 形坑缺陷的穿透位错类型仍然存在争议。在 GaN 中，穿透位，即纯刃位错、纯螺位错以及混合位错。Kim 等人[14]观察到的透射电子显微镜（TEM）图像，明显看到，在螺位错与混合位坑缺陷，而在刃位错终端则没有看到。其后 Son 与 Wu 等人[22观察到类似结果，由此他们认为螺位错与混合位错与表面的交形坑缺陷，刃位错与 V 形坑缺陷无关。与此相反的研究结果由 TEM 观察到，V 形坑缺陷的底部并无螺位错与混合位错，而 1.2.2 所示。同样有研究指出[11,23]，包括刃位错在内的所有穿面处产生 V 形坑缺陷。
【参考文献】
本文编号：2858157
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN304
【部分图文】：
第一章 绪论GaN 属于六角晶系，成六角密堆积结构，Ga 原子与 （0001）面，(0001)方向原子排列顺序为......AaBbAaBc，如图 1.1.1 所示。在 GaN 晶胞中，Ga 原子处于 N 同时 N 原子也处于 Ga 原子构成的正四面体中心。纤独立晶格常数，即面内常数 a 与垂直面内常数 c，面内 a 轴之间夹角 120o，c 轴与面内 a 轴之间的夹角GaN 面内常数 a 与处置面内常数 c 之间比值 c/a=1.633[
图 1.2.1 V 形坑缺陷的结构示意图前，对于 V 形坑缺陷的形成机理尚无定论，根据不同研究者从不，大致可以认为 V 形坑缺陷的形成可能有三种不同的原因。从质虑，V 形坑缺陷的形成可能与应力状态与吸附原子的表面迁移速率观察角度考虑，V 形坑缺陷的产生总是伴随着穿透位错的终止，同还可能与反相畴、堆垛层错等相关联。 InGaN/GaN 量子阱结构中，随着 InGaN 层总厚度的增加，当总厚值时（25nm），即会出现 V 形坑缺陷。这一数值与 GaN 垒层的厚度InGaN 与 GaN 厚度的比值无关，被称为 V 形坑缺陷产生的临界厚度为这是由于临界厚度达到后需要通过粗糙化表面的方式释放应力，的产生即为表面粗糙化的结果[11]。另一方面，当 In 组分逐渐增加时的密度也随着增加，在高 In 组分 InGaN 材料中 V 形坑缺陷密度员认为这是由于 In 组分的增加增大了 InGaN 与 GaN 之间的失配应
改变生长温度对于 V 形坑缺陷密度以及尺寸影响也非常明显值时 V 形坑将被填平，有效支撑了原子表面迁移率是 V 形坑一的观点[14, 18-23]。构观察的角度，部分研究认为穿透位错是形成 V 形坑缺陷的V 形坑缺陷的穿透位错类型仍然存在争议。在 GaN 中，穿透位，即纯刃位错、纯螺位错以及混合位错。Kim 等人[14]观察到的透射电子显微镜（TEM）图像，明显看到，在螺位错与混合位坑缺陷，而在刃位错终端则没有看到。其后 Son 与 Wu 等人[22观察到类似结果，由此他们认为螺位错与混合位错与表面的交形坑缺陷，刃位错与 V 形坑缺陷无关。与此相反的研究结果由 TEM 观察到，V 形坑缺陷的底部并无螺位错与混合位错，而 1.2.2 所示。同样有研究指出[11,23]，包括刃位错在内的所有穿面处产生 V 形坑缺陷。
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 张爽;赵德刚;刘宗顺;朱建军;张书明;王玉田;段俐宏;刘文宝;江德生;杨辉;;穿透型V形坑对GaN基p-i-n结构紫外探测器反向漏电的影响[J];物理学报;2009年11期
本文编号：2858157
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