基于ECr-PEMOCVD技术在镀钛玻璃衬底上低温沉积GaN薄膜特性研究

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氮化镓(GaN)是Ⅲ-Ⅴ族宽带隙半导体材料,晶体结构为六方纤锌矿结构,在室温下的禁带宽度为3.39 eV,在光电子和微电子领域的应用前景广阔。由于GaN和InN、AlN合金的能带宽度是连续可调的,因此可作为蓝光和绿光半导体二极管的理想材料。另一方面GaN良好的热稳定性,又使其成为高温和高功率器件的理想材料。但是工业上很难得到大量的GaN晶体,许多研究人员都是通过异质外延的方法获得GaN薄膜,其中蓝宝石(α-Al2O3)是使用最广泛的衬底。然而,其昂贵的价格和其电绝缘性以及低的导热性限制了GaN在器件尤其是高功率器件方面的应用。与此相反,金属是电和热的理想导体,在金属衬底上直接外延生长GaN薄膜相对来说是较好的一种方法。  目前,已经有在铜和银衬底上外延生长GaN薄膜的报导,然而传统的生长技术需要高的生长温度,这会导致金属衬底和GaN薄膜接触面之间发生一系列的有害反应,且加剧衬底中的金属粒子向GaN薄膜中的扩散。为了解决这一问题,本论文使用电子回旋共振-等离子体增强金属有机物化学气相沉积(ECR-PEMOCVD)低温生长方法来沉积GaN薄膜。  本文通过以三甲基镓(TMGa)为镓源,N2为氮源,获得了高c轴择优取向的GaN薄膜。并且对样品做了一系列测试来研究了氮化时间和TMGa流量分别对外延生长GaN薄膜的质量以及Ti/GaN结构电学性质的影响。测试手段包括:反射高能电子衍射(RHEED)、原子力显微镜(AFM)、光致发光光谱、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱和I-V特性等。通过以上测试可以总结出在镀钛玻璃衬底上外延生长GaN薄膜的最佳TMGa流量和最优氮化时间。其中,在TMGa流量为1.0 sccm,氮化时间为20 min,流量为100 sccm,沉积温度为380℃的条件下,可以获得结晶质量较好的GaN薄膜。  
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