HVPE法制备GaN体材料的研究

发布时间：2018-09-06 09:36

【摘要】：GaN的带隙宽,化学性质稳定、耐高温、耐腐蚀,GaN基器件具有抗辐射、高频和大功率的特点,在光显示、光存储、光照明、光探测等光电领域、航空航天和民用移动通信系统领域有着巨大的应用前景。由于熔点超过2500℃,不能使用熔体生长法获得GaN的体材料。氢化物气相外延法(HVPE)能获得每小时几十微米的快速生长率,设备简单,适合生长GaN厚膜,把得到的厚膜和衬底进行剥离,就可以得到自支撑衬底或是GaN体材料。 本文主要研究高质量GaN厚膜的制备工艺。利用缓冲层技术和横向外延技术的原理,在Al2O3(0001)和Si(111)衬底上,通过优化射频磁控溅射系统的衬底温度、工作气体压强和溅射功率等参数,得到了c轴单一取向、晶粒尺寸均匀、三维岛状结构的ZnO缓冲层。三维岛状的ZnO缓冲层,既有效地降低了晶格失配度,同时,三维小岛之间形成的微孔中心又起到了横向外延掩膜的作用,这种微孔结构降低了GaN厚膜的位错密度,还有助于减小后续的剥离难度。通过优化HVPE系统的生长温度、V/III比值和载气种类等参数,制备了晶体质量良好的GaN厚膜,并对GaN厚膜穿透位错密度进行了估测,对厚膜的光学、电学性能进行了测试。采用先通H2气再通N2作载气的HVPE工艺有效地降低了晶体结构缺陷,消除了黄光发射带。GaN/RF-ZnO/Al2O3(0001)试样的(0002)面DCXRD半高宽(FWHM)为265arcsec、(1012)面为414arcsec,晶体结构缺陷少,杂质含量低,载流子受到的散射作用较小,霍尔迁移率为436 cm2/V·s,方块电阻为3.17×106?/□。对于Si(111)衬底生长GaN采用LT-GaN/RF-ZnO复合结构,ZnO缓冲层防止了无定形SiNx膜和Ga滴回溶的产生,消除GaN膜多晶化问题。低温GaN(LT-GaN)插入层进一步降低了衬底和GaN厚膜之间的晶格失配度,同时减小了ZnO层的高温分解和反应问题。对预氮化处理的Al2O3(0001)衬底采用低温GaN层插入层工艺,以及在Al2O3(0001)衬底上生长TiN作掩膜的工艺进行了初步探索,发现衬底氮化工艺容易造成N极性面生长,而TiN掩膜工艺的纳米级Ti膜的容易氧化,二者不易获得高质量GaN厚膜。对以ZnO为缓冲层的GaN厚膜进行了激光剥离和化学浸蚀分离的尝试。
[Abstract]:GaN has wide band gap, stable chemical properties, high temperature resistance, corrosion resistance, high frequency and high power. It is widely used in optoelectronic fields such as optical display, optical storage, light illumination, optical detection and so on. Aerospace and civil mobile communication systems have great application prospects. Because the melting point is over 2500 鈩，

本文编号：2225936