非故意掺杂GaN层厚度对蓝光LED波长均匀性的影响
发布时间：2021-01-30 11:22
通过调整非故意掺杂氮化镓层的厚度,分析氮化镓基LED外延生长过程中应力的演变行为,以控制外延片表面的翘曲程度,从而获得高均匀性与一致性的外延片。由于衬底与外延层之间的热膨胀系数差别较大,在生长温度不断变化的过程中,外延片的翘曲状态也随之改变。在n型氮化镓生长结束时,外延片处于凹面变形状态。在随后的过程中,外延薄膜"凹面"变形程度不断减小,甚至转变为"凸面"变形,所以n型氮化镓生长结束时外延片的变形程度会直接影响多量子阱沉积时外延片的翘曲状态。当非掺杂氮化镓沉积厚度为3.63μm时,外延片在n型氮化镓层生长结束时变形程度最大,在沉积多量子阱时表面最为平整,这与PLmapping测试所得波长分布以及标准差值最小相一致。通过合理控制非故意掺杂氮化镓层的厚度以调节外延层中的应力状态,可获得均匀性与一致性良好的LED外延片。
【文章来源】：发光学报. 2017,38(09)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
外延片曲率测试原理示意图
榷酝庋悠??逯柿坑跋旖闲Ｍ?保?咀檠?品多量子阱生长参数完全一致，通过拟合ω-2θ扫描结果可知多量子阱的周期厚度分别为13．83，13，79，13，81，13．82nm，且样品零级峰半高宽都在110arcsec左右，说明调整u-GaN层厚度对多量子阱的结构参数影响可忽略不计。表1系列Ⅱ样品HＲXＲD扫描结果统计表Tab．1HＲXＲDscanresultsof(002)and(102)planeofseriesⅡsamples样品编号(002)面半高宽/arcsec(102)面半高宽/arcsec‘0’级峰半高宽/arcsecA-1292270112A-2281259111A-3289253111A-4275267110图2为第Ⅱ系列样品中心点的室温PL谱，4个样品取自石墨盘中圈1号位置，经高斯拟合得到4个样品的峰值波长分别为458．1，458．0，456．6，457．9nm，半高宽分别为22．48，22．52，22．29，22．28nm，强度分别为4．49，4．64，4．51，4．51。对比测试结果发现各样品的半高宽以及强度波动较小，但A-3样品的峰值波长蓝移约1．5nm左右，说明此时外延片的翘曲状态可能发生改变，影响了In原子的并入效率，从而导致波长变短。图3为DＲT-210在线曲率监测系统测试所得样品曲率随时间的变化图，插图为n-GaN生长结束时的局部放大图。通过插图可以看出4组样图2系列Ⅱ样品的室温PL谱Fig．2ＲoomtemperaturePLspectraofseriesⅡsamples图3系列Ⅱ样品生长过程的在线曲率监测图Fig．3CurvaturevaluesofseriesⅡsamplesmeasuredbythein-situwaferbowingmeasurementssystems品的生长时间以及此时样品曲率之间的差别:A-1与A-2样品生长时间相同且最长，A-3样品次之且曲率值最校从图3中可以看出，在沉积u-GaN层与n-GaN层时，外延片呈“凹面”变形状态。这是由于蓝宝石衬底与GaN外延层之间存在较大的晶格失配和热失配作用，使得外延
/arcsec‘0’级峰半高宽/arcsecA-1292270112A-2281259111A-3289253111A-4275267110图2为第Ⅱ系列样品中心点的室温PL谱，4个样品取自石墨盘中圈1号位置，经高斯拟合得到4个样品的峰值波长分别为458．1，458．0，456．6，457．9nm，半高宽分别为22．48，22．52，22．29，22．28nm，强度分别为4．49，4．64，4．51，4．51。对比测试结果发现各样品的半高宽以及强度波动较小，但A-3样品的峰值波长蓝移约1．5nm左右，说明此时外延片的翘曲状态可能发生改变，影响了In原子的并入效率，从而导致波长变短。图3为DＲT-210在线曲率监测系统测试所得样品曲率随时间的变化图，插图为n-GaN生长结束时的局部放大图。通过插图可以看出4组样图2系列Ⅱ样品的室温PL谱Fig．2ＲoomtemperaturePLspectraofseriesⅡsamples图3系列Ⅱ样品生长过程的在线曲率监测图Fig．3CurvaturevaluesofseriesⅡsamplesmeasuredbythein-situwaferbowingmeasurementssystems品的生长时间以及此时样品曲率之间的差别:A-1与A-2样品生长时间相同且最长，A-3样品次之且曲率值最校从图3中可以看出，在沉积u-GaN层与n-GaN层时，外延片呈“凹面”变形状态。这是由于蓝宝石衬底与GaN外延层之间存在较大的晶格失配和热失配作用，使得外延片在沉积的过程中一直受到应力的影响。虽然在形核与岛合并的过程中，会形成大量位错，借此释放失配应力，但是在这个过程中应力并不能释放完全［23-24］，所以在u-GaN生长时仍然存在残余应力，导致外延薄膜发生翘曲。随着厚度的不断增加，外延片受到的应力也会不断积累直至弛豫［25-26］，翘曲也越来越严重。在随后沉积低温多量子阱时，热应力使得外延薄膜的“凹面”变形程度不断减小，直到表面平坦甚至变为“
【参考文献】：
期刊论文
[1]GaN-on-Si blue/white LEDs: epitaxy, chip, and package[J]. 孙钱,严威,冯美鑫,李增成,封波,赵汉民,杨辉. Journal of Semiconductors. 2016(04)
[2]In-situ wafer bowing measurements of GaN grown on Si（111） substrate by reflectivity mapping in metal organic chemical vapor deposition system[J]. 杨亿斌,柳铭岗,陈伟杰,韩小标,陈杰,林秀其,林佳利,罗慧,廖强,臧文杰,陈崟松,邱运灵,吴志盛,刘扬,张佰君. Chinese Physics B. 2015(09)
[3]界面形核时间对GaN薄膜晶体质量的影响[J]. 郭瑞花,卢太平,贾志刚,尚林,张华,王蓉,翟光美,许并社. 物理学报. 2015(12)
[4]Influence of initial growth conditions and Mg-surfactant on the quality of GaN film grown by MOVPE[J]. 曹峻松,吕欣,赵璐冰,曲爽,高伟. Journal of Semiconductors. 2015(02)
[5]Blue LED growth from 2 inch to 8 inch[J]. Frank LU,Dong LEE,Dan BYRNES. Science China Technological Sciences. 2011(01)
[6]Microstructure and strain analysis of GaN epitaxial films using in-plane grazing incidence x-ray diffraction[J]. 郭希,王玉田,赵德刚,江德生,朱建军,刘宗顺,王辉,张书明,邱永鑫,徐科,杨辉. Chinese Physics B. 2010(07)
[7]Si（111）衬底无微裂GaN的MOCVD生长[J]. 张宝顺,伍墨,陈俊,沈晓明,冯淦,刘建平,史永生,段丽宏,朱建军,杨辉,梁骏吾. 半导体学报. 2004(04)
本文编号：3008811
【文章来源】：发光学报. 2017,38(09)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
外延片曲率测试原理示意图
榷酝庋悠??逯柿坑跋旖闲Ｍ?保?咀檠?品多量子阱生长参数完全一致，通过拟合ω-2θ扫描结果可知多量子阱的周期厚度分别为13．83，13，79，13，81，13．82nm，且样品零级峰半高宽都在110arcsec左右，说明调整u-GaN层厚度对多量子阱的结构参数影响可忽略不计。表1系列Ⅱ样品HＲXＲD扫描结果统计表Tab．1HＲXＲDscanresultsof(002)and(102)planeofseriesⅡsamples样品编号(002)面半高宽/arcsec(102)面半高宽/arcsec‘0’级峰半高宽/arcsecA-1292270112A-2281259111A-3289253111A-4275267110图2为第Ⅱ系列样品中心点的室温PL谱，4个样品取自石墨盘中圈1号位置，经高斯拟合得到4个样品的峰值波长分别为458．1，458．0，456．6，457．9nm，半高宽分别为22．48，22．52，22．29，22．28nm，强度分别为4．49，4．64，4．51，4．51。对比测试结果发现各样品的半高宽以及强度波动较小，但A-3样品的峰值波长蓝移约1．5nm左右，说明此时外延片的翘曲状态可能发生改变，影响了In原子的并入效率，从而导致波长变短。图3为DＲT-210在线曲率监测系统测试所得样品曲率随时间的变化图，插图为n-GaN生长结束时的局部放大图。通过插图可以看出4组样图2系列Ⅱ样品的室温PL谱Fig．2ＲoomtemperaturePLspectraofseriesⅡsamples图3系列Ⅱ样品生长过程的在线曲率监测图Fig．3CurvaturevaluesofseriesⅡsamplesmeasuredbythein-situwaferbowingmeasurementssystems品的生长时间以及此时样品曲率之间的差别:A-1与A-2样品生长时间相同且最长，A-3样品次之且曲率值最校从图3中可以看出，在沉积u-GaN层与n-GaN层时，外延片呈“凹面”变形状态。这是由于蓝宝石衬底与GaN外延层之间存在较大的晶格失配和热失配作用，使得外延
/arcsec‘0’级峰半高宽/arcsecA-1292270112A-2281259111A-3289253111A-4275267110图2为第Ⅱ系列样品中心点的室温PL谱，4个样品取自石墨盘中圈1号位置，经高斯拟合得到4个样品的峰值波长分别为458．1，458．0，456．6，457．9nm，半高宽分别为22．48，22．52，22．29，22．28nm，强度分别为4．49，4．64，4．51，4．51。对比测试结果发现各样品的半高宽以及强度波动较小，但A-3样品的峰值波长蓝移约1．5nm左右，说明此时外延片的翘曲状态可能发生改变，影响了In原子的并入效率，从而导致波长变短。图3为DＲT-210在线曲率监测系统测试所得样品曲率随时间的变化图，插图为n-GaN生长结束时的局部放大图。通过插图可以看出4组样图2系列Ⅱ样品的室温PL谱Fig．2ＲoomtemperaturePLspectraofseriesⅡsamples图3系列Ⅱ样品生长过程的在线曲率监测图Fig．3CurvaturevaluesofseriesⅡsamplesmeasuredbythein-situwaferbowingmeasurementssystems品的生长时间以及此时样品曲率之间的差别:A-1与A-2样品生长时间相同且最长，A-3样品次之且曲率值最校从图3中可以看出，在沉积u-GaN层与n-GaN层时，外延片呈“凹面”变形状态。这是由于蓝宝石衬底与GaN外延层之间存在较大的晶格失配和热失配作用，使得外延片在沉积的过程中一直受到应力的影响。虽然在形核与岛合并的过程中，会形成大量位错，借此释放失配应力，但是在这个过程中应力并不能释放完全［23-24］，所以在u-GaN生长时仍然存在残余应力，导致外延薄膜发生翘曲。随着厚度的不断增加，外延片受到的应力也会不断积累直至弛豫［25-26］，翘曲也越来越严重。在随后沉积低温多量子阱时，热应力使得外延薄膜的“凹面”变形程度不断减小，直到表面平坦甚至变为“
【参考文献】：
期刊论文
[1]GaN-on-Si blue/white LEDs: epitaxy, chip, and package[J]. 孙钱,严威,冯美鑫,李增成,封波,赵汉民,杨辉. Journal of Semiconductors. 2016(04)
[2]In-situ wafer bowing measurements of GaN grown on Si（111） substrate by reflectivity mapping in metal organic chemical vapor deposition system[J]. 杨亿斌,柳铭岗,陈伟杰,韩小标,陈杰,林秀其,林佳利,罗慧,廖强,臧文杰,陈崟松,邱运灵,吴志盛,刘扬,张佰君. Chinese Physics B. 2015(09)
[3]界面形核时间对GaN薄膜晶体质量的影响[J]. 郭瑞花,卢太平,贾志刚,尚林,张华,王蓉,翟光美,许并社. 物理学报. 2015(12)
[4]Influence of initial growth conditions and Mg-surfactant on the quality of GaN film grown by MOVPE[J]. 曹峻松,吕欣,赵璐冰,曲爽,高伟. Journal of Semiconductors. 2015(02)
[5]Blue LED growth from 2 inch to 8 inch[J]. Frank LU,Dong LEE,Dan BYRNES. Science China Technological Sciences. 2011(01)
[6]Microstructure and strain analysis of GaN epitaxial films using in-plane grazing incidence x-ray diffraction[J]. 郭希,王玉田,赵德刚,江德生,朱建军,刘宗顺,王辉,张书明,邱永鑫,徐科,杨辉. Chinese Physics B. 2010(07)
[7]Si（111）衬底无微裂GaN的MOCVD生长[J]. 张宝顺,伍墨,陈俊,沈晓明,冯淦,刘建平,史永生,段丽宏,朱建军,杨辉,梁骏吾. 半导体学报. 2004(04)
本文编号：3008811
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