石墨及不锈钢衬底上低温沉积GaN薄膜的结晶特性研究

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1、硕士学位论文石墨及不锈钢衬底上低温沉积GaN薄膜的结晶特性研究StudyonthecrystallinepropertiesofGaNfilmsdepositedonGraphiteandStainlesssteelsubstratesatlow·temperature学21002063大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发

2、表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：重塾幽堑宣笪亟塑竖绁莲璧鱼箜量壁!幽!筵作者签名：疆4牢牮日期：独f圣年—互月二堕日大连理工大学硕士学位论文摘要氮化镓(GaN)是一种直接宽禁带半导体材料，常温下禁带宽度为3．39eV，由于它的带隙能从0．7eV连续变化到6．2eV，所对应的波长覆盖了从近红外到紫外很宽的光谱范围，所以己在光电器件领域如半导体发光二极管(LED)、半导体激光器(LD)及

3、探测器等方面得到广泛应用；同时GaN具有耐高温、热导率高、硬度高等特性，使得GaN基材料在制备高频、高温及大功率器件中也有着重要的应用价值。目前GaN的生长制备基本是采用异质外延，国际上通常采用金属有机物化学气相沉积(MOCⅧ)，分子束外延(MBE)和氢化物气相外延(HⅥ慢)这三种化学方法来制备GaN外延层，其中MOCVD方法技术层次高，实验参数简单，纯度高且量产能力大，并且MOCVD反应室在不断改进，是后来居上的外延技术。但若想获得高质量的外延生长，就需要找到合适的晶格匹配衬底，至今为止，适于GaN晶体生长的衬底主要有蓝宝石(a．舢20

4、3)，碳化硅(SiC)，此外还有硅(Si)，砷化镓(GaAs)，氧化锌(ZnO)等，另外，采用激光剥离(LaserLift-off,LLo)技术，将a。A1203衬底上生长的外延片剥离下来后再键合到其他衬底，如Cu，Si。目前采用的这些衬底材料均有不如人意之处，如a．A1203衬底价格贵且不易解理；SiC衬底材料价格非常昂贵；而采用剥离技术工艺要求高，成品率低。最近，松下宣布开发出了在石墨衬底上生长出了高质量GaN结晶薄膜的技术，且石墨是做电极的极好选择，但是当温度过高时，石墨中这种非故意掺杂的碳杂质会向GaN薄膜中的扩散，因此必须采用一

5、种低温的生长方法，然而对于石墨衬底生长GaN薄膜很少有人研究，所以本文也尝试在石墨衬底上低温沉积GaN薄膜；另外，不锈钢作为一种廉价易得的合金，其耐腐蚀性好，反光率高，若直接作为衬底使用，有利于制备垂直型GaN器件，提高GaN基LED等的出光效率，大幅度降低器件成本，但是不锈钢成分复杂，高温生长容易加剧多种金属杂质向GaN薄膜中的扩散，因此也必须采用一种低温的生长方法，本文也采用不锈钢作为衬底，研究了沉积在不锈钢衬底上的GaN薄膜。本文采用电子回旋共振一等离子体增强的金属有机物化学气相沉积(ECR-PEMOCⅧ)方法，分别以石墨及不锈钢为

6、衬底，三甲基镓(TMGa)为镓源(以H2作为载气)，高纯氮气(纯度为99．999％)为氮源，低温沉积出了高度C轴择优取向的GaN薄膜。并且利用ECR．PEMOCVD装置上配有的反射高能电子衍射(I讯EED)设备，结合x射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、光致发光谱(PL谱)石墨及不锈钢衬底上低温沉积GaN薄膜的结晶特性研究和电流与电压测试(I．V测试)研究了沉积温度、三甲基镓(TMGa)流量对GaN薄膜质量的影响。实验结果表明，在其他实验参数固定不变的条件下，以石墨为衬底，在沉积温度为450℃，TMGa流量为O．8sccm条件下，沉积

7、的GaN薄膜结晶质量较好；保持其他参数不变时，在沉积温度为400℃，TMGa流量为O．8sccm条件下，以不锈钢作为衬底，沉积的GaN薄膜结晶质量较好。通过研究发现，石墨及不锈钢衬底有较好的研究意义。关键词：等离子体增强金属有机物化学气相沉积；低温沉积；石墨衬底；不锈钢衬底；氮化镓II大连理工大学硕士学位论文StudyonthecrystallinepropertiesofGaNfilmsdepositedonGraphiteandStainlesssteelsubstratesatlow—temperatureAbstractGalli

8、umnitride(GaN)isadirectwide-bandgapsemiconductormaterialwithaband-gapof3．39eVatroomtemperature．S