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该文利用MOVPE技术进行了GaN横向外延生长,并对横向外延GaN的结构特性和光学性质进行了系统的研究.主要包括以下内容:1.对比研究了SiO<,2>和SiNx作为掩模层材料对GaN MOVPE横向外延生长的影响,发现采用SiNx作为掩模层材料时可以实现很好的选择性生长,掩模效果要好于SiO<,2>研究了晶向、温度和Ⅴ/Ⅲ比对GaN MOVPE横向外延生长过程的影响,实验表明高的外延生长温度和高的Ⅴ/Ⅲ比可导致GaN横向生长速度加快.在此基础上,采用优化的生长工艺横向外延出高质量的GaN样品.2.采用有限元技术对GaN横向外延过程中源的扩散进行了计算机模拟,研究了GaN生长界面前端局部Ⅴ/Ⅲ比在横向生长过程中的变化规律,结合不同侧面晶面原子排列的差异,提出了GaN条侧面晶面在横向生长过程演变的机制.认为在GaN横向外延过程中低的局部Ⅴ/Ⅲ比会导致(11-2n)晶面的出现,而(11-20)晶面是在高的局部Ⅴ/Ⅲ比条件下出现的.3.采用TEM、DC-XRD、同步辐射技术研究了横向外延GaN的结构特征.TEM观察到窗口区部分位错在掩模层边缘发生90转向,发现掩模区GaN的位错密度大幅度降低,只有10<'7>cm<'-2>左右.结合选择性腐蚀技术研究了横向外延GaN内部晶面倾斜的变化规律,提出了新的晶面倾斜形成机制.我们认为造成横向外延GaN内部晶面倾斜的因素有两个:一是位错的90度转向引起的塑性变形;另一是横向外延GaN与SiNx掩模层之间接触应力所产生的弹性形变.利用同步辐射技术进一步揭示了横向外延GaN中窗口区和掩模区晶体质量的差异,研究了两者晶粒尺寸上的区别.发现掩模区GaN的晶粒尺寸是窗口区的三倍左右,这也说明了采用横向外延生长技术可提高GaN的结晶完整性,提高晶体质量.4.利用Micro-Raman散射研究了横向外延GaN的光学性质,发现横向生长区GaN的E2(high)模半高宽小于窗口区GaN,且横向生长区GaN的频移为GaN的理论值568cm<'-1>.这说明横向生长区GaN不但晶体质量提高,而且处于无应力状态.5.发明了新型掩模层的GaN横向外延技术.采用菱形掩模层替代传统的条形掩模层,使得菱形的每个边平行于GaN的<10-10>晶向.该技术可以成功地抑制GaN横向外延过程中晶面倾斜的产生,使横向合并变得容易,快速获得平整的表面.6.推导了DC-XRD衍射峰积分强度与外延膜厚度的关系,并将其引入到GaN/Al<,2>O<,3>体系中.考虑到GaN吸收的影响,我们进一步提出了采用GaN衍射峰积分强度与其衬底积分强度的比值来计算GaN外延膜厚度的新方法.对于GaN中刃型位错的测量,我们提出了只有采用(11-2n)或(10-1n)晶面的对称衍射配置时才能正确反映GaN中的刃型位错的信息,而掠入射和掠出射配置不能用于GaN刃型位错密度的测量.在解决了正确的衍射配置后,我们对GaN/Al<,2>O<,3>外延膜内部的刃型和螺型位错密度进行了定量的计算.