论文部分内容阅读
GaN材料被喻为第三代半导体材料,不仅可以用于微电子器件制造,还可以制造从可见光到紫外波段的光电子器件,在制造白光LED方面更是重要,是目前研究的热点。本文就GaN体材料的MOCVD生长进行了学习研究,其主要内容如下:1.本征GaN材料生长条件的研究,包括:两步法缓冲层技术的简单介绍,之后是两步缓冲层生长中条件（厚度、温度、压力以及V-III比方面）的变化对本征GaN晶体以及电学性质的影响。2. GaN材料的掺杂原理,掺杂条件的变化对材料的影响（1）N型GaN材料:首先介绍掺杂剂的性质以及引入杂质在GaN禁带中的形成能。从理论上分析了N-GaN中杂质的特点,并从实验中得到验证:高温高压下生长N型GaN材料的晶体质量要好;高Si掺杂情况下,晶体质量和表面形貌恶化,这种情况下晶体的电学和光学性质都无法满足要求,所以了解掺杂极限一定程度上对器件制造作为参考。经过优化,在温度1080℃,压力500Torr,Si:Ga为3.3×10-5均匀掺杂下,所得到的样品电阻率达0.009Ωcm-2,迁移率达240 cm2/Vs,背景载流子浓度2.98×1018cm-3,离化效率达0.903。（2） P-GaN研究水平是GaN器件性能的重要标准,本文从微观晶体结构上阐述了P型GaN生长中,Mg对GaN晶格结构的影响。引用P型GaN材料中各种杂质替代Ga位置的形成能,来分析Mg掺杂浓度对晶体能带和电学性质的作用,并解释了P型GaN材料生长难度之大,迫切需要优化。从实验上分析了,生长温度、V-III比以及掺杂浓度对P-GaN材料影响,验证了低温、高掺杂使材料质量变差,但是高温下生长P-GaN一定程度上对有源区破加剧,而低掺杂下无法克服本征电子浓度高这一难题,最后经过优化,在温度980℃,Mg流量为0.25mol/L下,所得样品的XRD结果（002）面下351″,（102）面下397″,电阻率达2.3Ωcm-2,载流子浓度达3×1017cm-3,迁移率达9cm2/Vs,所以在外延工艺方面需要突破创新。（3）P型GaN材料的Delta掺杂技术,Delta掺杂最早用于GaAs材料系优化生长,最大特点就是在等掺杂浓度下有更好的晶体质量和电学性质。本文在P-GaN材料的Delta掺杂方法上仔细的阐述了其优化机理,即一定程度上抑制了Mg杂质引起晶格扭曲和极性反转,在宏观上体现为样品表面金字塔结构缺陷明显减少。通过Delta掺杂技术,P型GaN材料质量有明显的提升,XRD结果在（002）面下314″,在（102）面下356″,电阻率为1.5Ωcm-2,电子浓度为4.3×1018cm-3,迁移率为9 cm2/Vs。（4）一并介绍了预通氨对P型掺杂的影响,发现预通氨一定程度上降低了生长中样品的表面活性,使得Mg进入晶格替代Ga位置能力减弱。（5）最后简单研究了InGaN中Mg掺杂特性,发现在随着温度的降低和掺In量的提高,空穴浓度也随之提高,但是同时低温下生长p-InGaN晶体质量较p-GaN差,最直接的表现在表面形貌上。3.外延粗化是目前GaN基LED提高外量子效率的一重新兴手段,工序短、提升效果明显,在参考一些成功范例的基础上,进行了一些简单实验,在单层P-GaN材料之后进行外延粗化。分析其对P型GaN出光效率的影响。