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： GaN作为第三代半导体材料,具有宽的禁带宽度、高的电子迁移率以及良好的导热性能等优异的特性,能够被广泛地应用于光电半导体、高迁移率半导体等器件的制备。在半导体照明领域,基于GaN制备的发光二极管(LED)已经成为了照明市场的主流。然而,随着GaN基LED的大规模应用,如何降低LED的制备成本也成为了市场关注的焦点。基于成本的考虑,采用单晶Si作为GaN基LED生长的衬底被研究者们提出。由于Si衬底具有制备工艺成熟、大尺寸衬底易得、制造成本低以及优良的导热导电性能等优点,能够显著地降低LED的制备成本,并改善LED器件的散热性能,提高LED器件的稳定性。迄今,Si衬底上的LED制备技术已经得到重大的突破,但是依然在材料生长、机理研究以及芯片制备等方面存在一系列的基础问题,制约着Si衬底上GaN基LED性能的提升。如何生长高质量的GaN基LED外延材料和制备高性能的LED芯片依然是Si衬底上LED制备技术的研究方向。为此,本论文围绕Si衬底上高质量GaN基LED外延材料的生长以及芯片的制备展开,取得的主要成果如下:首先,提出了两步法生长AlN缓冲层,解决了“回熔刻蚀”的问题;并采用步进式AlGaN缓冲层,抑制了GaN表面裂纹的形成。研究发现,AlN缓冲层的表面愈合是防止“回熔刻蚀”反应的关键。对AlN生长工艺的研究发现,高温、低V/III比能够提高吸附Al原子的迁移程,促进AlN的愈合;基于这一研究的结果,我们提出了两步法生长AlN的方式,先采用高V/III比形成AlN的岛状生长,释放薄膜中的应力,随后采用高温、低V/III比促进AlN岛的愈合,获得了表面趋近于二维生长的AlN缓冲层,因此成功地防止了Si与GaN的“回熔刻蚀”的现象,获得了表面平整的GaN薄膜。为了解决裂纹的问题,我们引入了AlGaN缓冲层,并研究Al Ga N缓冲层结构对应力的影响。研究发现,通过步进AlGaN缓冲�

关 键 词： 衬底 氮化镓 发光二极管 金属有机化合物气相沉积 外延生长机理

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