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GaN薄膜位错对载流子性能影响的研究

作　者: 白云娜
导　师: 刘彩池；李养贤
学　校: 河北工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 金属有机化学气相沉积(MOCVD) 穿透性位错密度 载流子浓度 迁移率 带边峰
分类号: TN304.055
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本文主要研究了利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺在蓝宝石(α-Al2O3)衬底上外延生长的GaN薄膜中穿透性位错对载流子性能的影响。首先通过改变生长参数得到多个具有不同位错密度的GaN外延薄膜样品,并对部分样品进行快速退火处理,以使同一样品具有不同位错密度,然后对样品进行双晶x射线衍射(DCXRD)、光致发光(PL)、霍尔效应(Hall)及透射电子显微镜(TEM)进行检测。本实验中利用TEM对薄膜样品中位错的分布及走向进行观察,并采用简便易行的DCXRD法计算位错密度。通过该方法获得了数量级在108cm-2范围的位错密度,并在此基础上探索了位错密度与载流子性能及GaN光电特性的关系。通过位错密度与载流子浓度及迁移率之间的关系曲线发现,载流子浓度随位错密度的增加逐渐增加,迁移率则相反。通过分析影响载流子浓度的各种因素,本文认为由于位错线附近晶体内原子排列发生畸变,沿位错线存在较大的畸变能,位错密度的增大会增加施主型缺陷的形成,从而造成载流子浓度随位错密度的增加而增加。同时,沿位错线附近存在势场,对载流子具有明显散射作用,能显著降低载流子迁移率,因此载流子迁移率会随密度的增加而降低,且在108cm-2的位错密度范围内迁移率的变化具有单调性。载流子变化会造成GaN薄膜性能的改变,通过对GaN样品光学性能及电学性能与位错关系曲线的分析发现,在位错密度最低的样品中PL谱带边峰强度最低,黄光峰强与带边峰强之比(IYL/I0)最高。而在其它样品中,随着位错密度的增加,PL谱的带边峰强度逐渐降低,IYL/I0呈逐渐上升趋势,对比同一样品经不同温度退火后也发现同样规律。此外,通过比较不同样品电阻率随位错密度的变化规律发现,由于位错在外延层中形成了载流子移动的低阻欧姆通道,使得GaN样品的电阻率随着位错密度的增加而逐渐降低。

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 材料 > 一般性问题 > 制取方法与设备 > 半导体薄膜技术
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