GaN LED外延片微结构分析及性能研究

摘要

GaN是一种宽禁带半导体材料，在室温下其直接带隙宽度为3.39eV，具有热导率高、耐高温、耐酸碱、高硬度等特性，是第三代半导体的代表。这些特性使GaN基材料广泛地被用于蓝、绿、紫外发光二极管和激光器，以及高温大功率器件。近年来，尽管GaN基光电子材料和器件得到迅猛发展，但对材料本身的研究还不是很充分，GaN基材料生长和性能研究方面还需做大量工作，仍存在一些影响产业化的问题急需解决。目前氮化镓材料中位错的研究吸引了众多学者的极大关注。本文主要利用X射线衍射和透射电子显微镜技术对蓝宝石衬底上生长的GaN基LED外延片的微结构进行了研究，主要研究工作为： 1．采用X射线衍射绝对测量法精确测量了GaN薄膜的晶格参数，对样品进行了φ扫描，结果表明，该GaN薄膜具有非常好的六次对称性，为六方结构。同时进行了镜面反射曲线扫描，可以观察到一个布拉格峰和小干涉峰，说明该样品层状结构很好，界面清晰。采用面内掠入射(IP-GID)等方法对GaN薄膜的镶嵌结构进行了测量，测得位错多数为伯格矢量为b=1/3[11-20]的刃位错，螺位错和混合位错相对较少，同时测得了生长方向的晶粒尺寸。 2．利用高分辨X射线衍射对GaN基LED外延片的超晶格结构进行了测量，得出了超晶格的结构信息。 3．利用高分辨透射电子显微镜对GaN基LED外延片进行了分析，分析结果表明：该外延片各层结构较好，多量子阱结构中，阱(InGaN)和垒(GaN)界面明锐，厚度均匀，表明生长的量子阱结构质量良好。 4．利用F7000荧光光谱仪对样品进行了光致发光谱分析，结果显示样品有两个发光峰，对这两个发光峰的起因进行了分析。 5．通过光刻刻蚀等工艺，制作出了GaN基LED发光二极管，I-V曲线表明该器件具有非常好的二极管整流特性。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1研究目的及意义

1.2 GaN材料的基本特性及器件研究

1.2.1 GaN的基本性质

1.2.2 GaN材料的生长

1.2.3 GaN基器件的研究

1.3 GaN材料的缺陷

1.4本论文的主要研究内容

第二章实验

2.1实验样品制备

2.2主要实验手段

2.2.1高分辨X射线衍射技术

2.2.2透射电子显微镜技术

2.2.3光致发光技术

第三章GaN LED外延片的X射线衍射分析

3.1引言

3.2实验仪器及条件

3.3外延应变测定及结构表征

3.3.1 GaN薄膜外延应变的绝对测量

3.3.2 GaN薄膜的Φ扫描

3.3.3 GaN薄膜的镜面反射

3.3.4 GaN薄膜镶嵌结构的测量

3.3.5 GaN LED外延片的超晶格结构

第四章GaN LED外延片的透射电镜分析

4.1 引言

4.2 TEM横断面试样的制各

4.2.1样品切割

4.2.2机械减薄

4.2.3钉薄

4.2.4离子减薄

4.3 TEM成像及结果分析

4.3.1 TEM成像条件设定

4.3.2成像结果及分析

第五章 GaN LED发光二极管的性能研究

5.1 GaN LED芯片制作

5.2 GaN LED的电学性能

5.3 GaN LED的发光性能

5.3小结

第六章结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果