镀铜玻璃衬底上GaN薄膜的低温制备及其性能研究

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1、硕士学位论文镀铜玻璃衬底上GaN薄膜的低温制备及其性能研究TheCharacteristicsofGaNFilmsDepositedonCuCoatedGlassSubstratesatLowTemperature学号：——幽2057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

2、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：镀鲴邋盗签凰』G龀萄嗵血立亟．温堕监丛攫雏雏作者签名：狸氩耋～日期：童2z墨年—L月—止日大连理工大学硕士学位论文摘要由于氮化镓(GaN)材料具有优良的结构性能、电学性能和光学性能，使其在发光二极管(LED)、激光二极管(LD)和紫外(UV)光电探测器等光电子器件以及微电子器件方面都有着非常广泛的应用。近年来，尽管GaN基器件有着快速惊人的发展，但仍然存在着许多问题，阻碍了其进一步的发展。众所周知：衬底材料对GaN基器件的发展是十分重要的，它不仅会影响薄膜的晶

3、体质量，也会影响器件的性能，因此衬底的选择是非常重要的。目前，器件所用的GaN薄膜的沉积主要采用蓝宝石(0【．A1203)、Si和SiC作为衬底材料，但他们都存在一些缺点，如：0【．A1203衬底绝缘、导热性能差(33W／mK)、硬度高、尺寸小，以致GaN基器件的散热差、制备工艺复杂；SiC不但硬度高而且成本昂贵，限制了该衬底的进一步开发和应用；虽然Si具有价格低廉、易于解理、导热和导电性能好以及便于大尺寸生产等优点，但是Si材料禁带宽度小，对光的吸收严重，限制了光的输出、影响器件的发光效率。而金属衬底除了具有0【．A1203、SiC和Si衬底都无法比拟的优良的机械

4、性能、导热性能和导电性能外，还兼有廉价、大面积和反光等优点。可见金属衬底不仅可以改善器件的散热性能，还可以直接作为器件的电极使用，另外兼有反光的作用，能进一步提高GaN基LED的亮度。于是～些研究组采用键合和激光剥离技术将生长在0【．A1203衬底上的GaN薄膜剥离下来转移到金属铜(Cu)衬底上制备，虽然器件的性能有很大的改善，但其制造工艺过程复杂、成品率不高。因此直接在金属衬底上沉积GaN薄膜具有很高的研究价值。目前，有些研究组报道了以单晶Cu、Ag、Fe、Mo和多晶W、Ta、Nb等金属为衬底沉积GaN薄膜，主要的制备方法有金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、分

5、子束外延(MBE)和脉冲激光沉积(PLD)。其中MOCVD和MBE设备的沉积温度较高，而高沉积温度不仅会加剧金属粒子向GaN薄膜中的扩散，还会加剧金属衬底与GaN薄膜产生有害的晃面反应，增大金属衬底与GaN薄膜之间因热膨胀系数不同而产生的热应力，所以难以沉积出高质量的GaN薄膜。本文在实验中采用的是电子回旋共振．等离子体增强金属有机物化学气相沉积(ECR．PEMOCVD)设备，此设备采用了ECR等离子体源活化技术，在低气压下可产生非平衡等离子体，使氮气(Nz)易于分解，可大大降低GaN薄膜的沉积温度。此外本文采用廉价的镀Cu玻璃(Cu／Glass)为衬底，与价格较高

6、的单晶金属相比，可大大降低实验成本。首先，本文在普通玻璃衬底上采用射频磁控溅射法沉积一层具有(111)择优取向的Cu薄膜，然后采用ECR-PEMOCVD设备，以三甲基镓(TMGa)和高纯N2作为Ga源和N源，以Cu／Glass为衬底沉积GaN薄膜。并且利用反射高能电子衍射(RHEED)、镀铜玻璃衬底上GaN薄膜的低温制备及其性能研究X射线衍射(XIm)、原子力显微镜(AFM)、室温光致发光(PL)谱和电流．电压(I—V)特性测试手段，研究了TMGa流量和沉积温度对GaN薄膜的结晶质量、表面形貌、光学性能以及电学性能的影响，得出了GaN薄膜适宜的生长工艺参数。通过实验

7、结果可知：TMGa流量和沉积温度对GaN的薄膜质量都有很大影响；保持其它参数固定不变，在1．4sccm的TMGa流量和400。C的沉积温度下，制备出的GaN薄膜的结晶质量较好。关键词：GaN薄膜；Cu／Glass衬底；低温；ECR-PEMOCVD大连理工大学硕士学位论文TheCharacteristicsofGaNFilmsDepositedonCuCoatedGlassSubstratesatLowTemperatureAbstractInrecentyears，galliumnitride(GaN)hasa谢derangeofapplicationsinli