论文部分内容阅读
该论文采用MOCVD设备,围绕Si衬底生长GaN材料展开研究.一方面根据Si衬底生长GaN晶格失配和热失配大的难点提出了相应的生长方法,另一方面对Si基GaN材料的特性和生长机理进行细致的研究.主要包括以下内容:1.提出了一种采用超薄AlN浸润层和低温GaN成核层作为复合缓冲层生长高质量Si基GaN的新方法.此项研究表明采用一层合适的浸润层来减小界面能并产生一个可以粘附的表面,然后再用一层低温缓冲层作为成核层来有效的减少位错,这种方法可能是在大失配外延情况下得到高质量的异质薄膜的好方法,尤其是对MOCVD生长方式.2.研究了AlN缓冲层生长温度对GaN外延层生长的影响机制.实验发现AlN缓冲层的生长温度对GaN晶体质量的影响非常大,在1080℃附近存在一个只有几十度的很窄的温度窗口可以得到高质量GaN外延膜.此项研究表明有效的控制Si扩散是得到高质量GaN的一个非常重要的因素.3.研究了Si衬底GaN生长的形貌演变过程,首次发现了Si基GaN二次岛状生长现象.通过对薄膜中的应力和晶畴取向偏差的研究,较好的解释了这一现象.此项研究对于理解应力在薄膜生长过程中的作用有非常重要的意义.4.提出了一种采用富Al的AlN缓冲层来生长无裂纹GaN薄膜的新方法,可获得至少1μm厚的无裂纹GaN薄膜.此方法不仅在一定程度上解决了微裂的问题,同时GaN外延膜的晶体质量还有大幅度的提高.此项研究提供了一条通过扩散形成中间层来进行应力补偿、解决微裂问题的新思路.5.研究了低温AlN插入层生长无裂纹GaN的优化设计问题.着重研究了AlN插入层的厚度和层数对Si基GaN薄膜的应力释放及晶体质量的影响.在此基础上,得到了2μm厚无裂纹GaN外延膜,同时X光GaN(0002)半宽达到10.2arcmin.6.采用RBS/channeling方法对插入低温AlN层后的GaN外延层中的应力分布进行了研究,并首次给出了对由低温插入层引起的上下两层GaN的解耦造成的晶轴取向偏差的定量测量结果.7.在生长高质量和无裂纹Si基GaN的基础上,初步开展了Si基GaN LED的研制工作,并实现了Si衬底GaN多量子阱LED发光.