低温等离子体化学气相沉积GaN薄膜

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本文中实验采用金属有机物化学气相沉积方法制备GaN薄膜,在实验过程中,首先使用电子回旋共振等离子体技术,在反应室中产生了活性物种丰富的低温等离子体,利用磁场梯度的输运作用,在样品台的衬底上生长出GaN薄膜。   本文在阐述实验所涉及的基本知识、相关理论、实验装置以及实验工艺流程的基础上,对N2-(CH3)3Ga等离子体发射光谱进行了分析:很明显,在403.2nm及417.2nm处出现了活性Ga的特征峰,在410.9nm处出现了活性N的特征峰。研究得出:N2-(CH3)3Ga中的反应以N2的激发、电离和(CH3)3Ga的热分解为主。此外,等离子体中也存在着聚合反应,其对GaN薄膜的形成所起的作用还有待进一步的研究。   GaN薄膜的外延生长是在衬底上进行的,因此,必须经历由上述的气相反应过程向衬底反应过程的过渡。影响GaN薄膜生长的主要因素有:反应室气压、衬底、生长温度和衬底杂质。依据已有的报道及本实验的研究认为:GaN的衬底反应以Ga和N的共价键合为主。   对样品进行了XRD、FT-IR和AFM表征。XRD图谱表明:在Si(100)衬底上生长的GaN薄膜出现了GaN(0002)和GaN(1010)衍射峰;在Si(111)衬底上生长的GaN薄膜出现了GaN(0002)和GaN(1120)衍射峰;以蓝宝石和玻璃为衬底的样品未有明显的GaN衍射峰出现。说明在Si衬底上制备的GaN为多晶态,但是,在蓝宝石和玻璃上生长的GaN依然处于非晶状态。红外图谱表明:样品中出现了Ga-N化学键的光学声子振动模式,在Si(111)衬底中的杂质C所引起的振动也在图谱中表现出来。AFM图谱表明:GaN为岛状生长机制,其生长模式在GaN薄膜足够厚的时候由三维模式转化为二维模式。   本实验的特点及优点在于GaN晶体所在的低温等离子体生长环境将大大降低目前因异质外延生长GaN时由热膨胀系数差异所引起的热失配,从而使所生长的GaN晶体的质量更趋于优良。
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