衬底处理对MOCVD外延生长GaN薄膜性能的影响

摘要

宽带隙的GaN 基Ⅲ族氮化物，在高效光电子器件制作中有着广泛的应用，是半导体材料研究领域的前沿课题之一。本文利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长技术，在经过腐蚀处理的蓝宝石衬底上生长出了高质量的GaN 外延层，并与在常规衬底上生长的GaN外延层进行了对比。 本文通过大量实验摸索出蓝宝石衬底的最佳腐蚀条件，腐蚀温度为265℃，腐蚀时间为45~50min。在经过腐蚀的蓝宝石衬底上，利用MOCVD 系统外延生长GaN 薄膜，提出了腐蚀处理衬底上外延GaN 薄膜的外延生长模型，分析了在经过腐蚀的蓝宝石衬底上形成横向外延生长模式的生长机理。 对衬底经过腐蚀和未经腐蚀的样品进行了性能对比，结果表明衬底经过腐蚀的样品，其外延层表面形貌、缺陷密度、残余应力均优于衬底未经腐蚀的样品。黄带和蓝带的强度变化均与缺陷密度相关，黄光带强度的降低说明这种衬底处理方法可以提高外延层发光性能。 在经过腐蚀处理的蓝宝石衬底上，对InGaN 三元合金的制备做了初步研究，得到了高质量的InGaN 三元合金，其XRD 图谱出现4 个量子阱卫星峰，量子阱界面清晰。PL 光谱在蓝光区域出现了半高宽为26nm 的发光峰，说明具有较好的发光特性。