导　　师： 李国强

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 发光二极管（Light-emitting diode,LED）具有高效、节能、环保、寿命长等特点,已被广泛应用于交通指示、建筑装饰、显示照明等诸多领域。目前,商用LED大多基于蓝宝石衬底上外延生长的III族氮化物材料——GaN。然而,蓝宝石热导率较低、大尺寸衬底制备困难,限制了LED往“高性能、大功率、低成本”的方向发展。Si衬底由于具有低成本、大尺寸、热导率高、制造工艺成熟等优点,成为了实现高性能、大功率、低成本GaN基LED的理想衬底材料。尽管目前Si衬底上的LED制备技术已经取得许多突破,在材料生长和基础研究等方面仍然存在难以克服的问题。主要体现在以下两个方面:第一,Si与GaN之间的晶格失配和热失配分别高达16.9%和54%,导致在GaN中容易形成大量缺陷和裂纹;第二,Si衬底在外延生长过程中会与活性N反应生成SiNx界面层,严重降低了GaN基LED的外延材料质量及器件性能。解决以上问题,是在Si衬底上实现高质量Ga N的基础,也是实现高质量LED外延材料及高性能器件的关键。为此,本论文提出采用低温外延结合高温外延的两步法来克服上述两大难题,全文围绕Si衬底上高质量GaN基LED外延材料的两步法生长展开,对两步法的外延生长机理、界面反应抑制作用以及晶体缺陷控制机制等理论进行深入研究,取得的主要成果如下:第一,利用脉冲激光沉积（PLD）低温外延,抑制了Si衬底与III族氮化物薄膜之间的界面反应,获得了具有突变异质结界面的AlN模板层。通过研究低温AlN模板层的晶体质量变化、表面形貌演变及界面结构等性质,揭示了Si衬底上AlN模板层的低温外延生长及界面反应抑制机理。一方面,PLD的高能效应使等离子体粒子具有较高的动能,以克服因晶格失配而形成的迁移势垒,而PLD的脉冲效应则为粒子提供了充足的弛豫时间,使其能在Si衬底上充分迁移到平衡位置

关 键 词： 氮化镓 衬底 发光二极管 两步法外延生长

领　　域： []