硅衬底GaN材料生长及其LED老化性能研究

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GaN为宽禁带半导体材料,在信息显示和固态照明等领域具有广阔的应用前景,因而倍受关注、发展十分迅速。目前,蓝宝石衬底是GaN异质外延最常用的衬底材料,但蓝宝石衬底本身不导电并且解理困难。相比而言,硅衬底则是一类极具发展潜力的衬底材料。与蓝宝石衬底相比,硅衬底具有低成本、大面积、高质量、导电导热性能好等优点。使用Si片作为GaN外延薄膜的衬底有可能实现光电子和微电子的集成,因此Si基GaN的研究受到了广泛的关注。然而Si衬底与GaN外延层之间巨大的晶格失配和热失配为Si衬底GaN材料的生长设置了重重障碍,生长出的Si衬底GaN材料易产生大量的位错及裂纹。近几年来,Si衬底GaN材料的生长取得了很大的进展,Si衬底GaN基LED的发展也非常迅速。本论文主要研究了δ掺杂对硅衬底GaN蓝光LED外延膜性能的影响;对硅衬底GaN基LED器件的老化寿命特性进行了相应的研究;并初步研究了常压MOCVD法在Cu/Si(111)基板上ZnO薄膜的生长及其性能;得到了如下一些有意义和部分有创新性的研究结果: 1、通过对δ掺杂Si处理样品及未处理样品的相关性能进行的比较,分析了δ掺杂Si处理对GaN外延膜结晶性能的影响。研究表明δ掺杂Si处理后GaN外延膜的相关性能会相对变好。 2、用XRD方法通过不同晶面的ω扫描测试及Lattice-rotation模型的拟合计算得出GaN/Si样品的螺位错密度和刃位错密度,通过XRD的位错及应力的分析发现δ掺杂Si处理后生长的GaN样品中螺位错密度有所增大,刃位错密度会减少,总的位错密度仍有所减少;样品的非均匀应变较大。相应样品LED的电致发光光谱、I-V特性曲线的测试表明δ掺杂Si处理后的GaN/Si LED的光电性能、I-V性能变好。 3、通过电流加速寿命实验法对硅基GaN蓝光LED进行了老化寿命实验。利用公式拟合出硅基GaN蓝光LED的寿命长达4.6万小时。部分GaN/Si蓝光LED的主波长在老化后有不同程度的红移,寿命越短红移量越大。我们推测主波长红移的原因可能为:通大电流时,芯片温度升高,使GaN/Si蓝光LED器件
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