原位沉积的SiN_x插入层对GaN晶体结构及形貌的影响

发布时间：2018-01-29 10:15

  本文关键词： 金属有机化学气相沉积 原位沉积SiN_x插入层 位错密度 GaN类金字塔状微米锥　出处：《太原理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：GaN基半导体材料由于具有较高的禁带宽度,优良的物理与化学性质,已广泛应用于发光二极管,场效应晶体管、大功率激光器和太阳能电池等领域。然而由于GaN材料与蓝宝石衬底之间的晶格失配与热失配,所生长的GaN材料位错密度高,从而严重影响了其晶体质量和光电性能。本论文主要针对如何改善GaN晶体质量及形貌,采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法原位沉积SiN_x插入层,分别制备了高质量的GaN外延薄膜及形貌可控的类金字塔状GaN微米结构,系统研究了SiN_x插入层沉积时间、沉积位置及不同生长模式对GaN外延薄膜晶体质量影响;同时研究了生长温度、生长时间、反应压力和Ⅴ/Ⅲ比等不同生长参数及KOH溶液腐蚀对类金字塔状GaN微米结构形貌的影响,并对其机理进行了探讨。具体的研究结果如下:通过MOCVD在原位沉积的SiN_x插入层上生长了GaN外延薄膜。原位沉积SiN_x插入层能降低Ga N薄膜的位错密度,提高电子迁移率及GaN薄膜质量;SiN_x沉积时间为120 s时,在其上生长的GaN薄膜的晶体质量高于SiN_x沉积时间为60 s及180s时生长的GaN薄膜;在沉积120 s SiN_x插入层后采用两步法生长GaN薄膜会导致晶体质量的变差,这是由于低温下生长GaN形核层内部重新出现大量位错所致;在退火后的形核层上沉积SiN_x插入层后再生长的GaN薄膜位错密度最低,晶体质量最高,这是由于减少了GaN的形核位置所致。通过在MOCVD原位生长的SiN_x插入层上制备了形貌可控的类金字塔状GaN微米结构。当生长温度为1075℃时,所生长的GaN呈现出类金字塔状微米锥形貌;当生长时间由3 min增长至20 min时,微米锥的底面直径由3.6μm增大到19.8μm,密度由3.8×10~3 cm~(-2)降至0.8×10~3 cm~（-2）;压力及V/III比共同决定该结构顶部的微观形貌(锥状或截顶锥状)。KOH溶液会腐蚀类金字塔状GaN微米锥的侧壁,使其侧壁呈现层状分解,在腐蚀20 min后形成微米棒状结构,其尺寸大小与微米锥顶部的形貌有关。
[Abstract]:GaN based semiconductor materials have been widely used in light emitting diodes and field effect transistors due to their high band gap and excellent physical and chemical properties. However, due to lattice mismatch and thermal mismatch between GaN materials and sapphire substrates, the dislocation density of grown GaN materials is high. Therefore, the crystal quality and optoelectronic properties are seriously affected. In this paper, we focus on how to improve the quality and morphology of GaN crystal. High quality GaN epitaxial films and pyramidal GaN microstructures with controllable morphologies were prepared by in-situ deposition of SiN_x inserts by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD). The effects of deposition time, deposition location and different growth modes of SiN_x on the crystal quality of GaN epitaxial films were systematically studied. The effects of growth temperature, growth time, reaction pressure, V / 鈪，

本文编号：1473173