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GaN基发光二极管(LEDs)是未来应用于通用照明最有前景的固态光源,有希望取代目前普遍使用的白炽灯和荧光灯,其广泛应用将可以节约大量能源。本论文主要研究了GaN低温成核层的选择性成核现象以及退火过程对GaN晶体质量和器件性能的影响。首先,在蓝宝石衬底上生长GaN低温缓冲层,发现了选择性成核现象。同时,建立了衬底图形的模型,分析选区成核的原因。其次,研究了低温缓冲层厚度对GaN晶体质量和LED器件性能的影响。第三,研究了退火对选择性成核现象的影响,退火时间对GaN晶体质量的影响。主要研究内容如下:
1,在类圆锥状蓝宝石图形衬底上生长GaN低温成核层的过程中,发现了不同于文献中报道的三叶草状选择性成核的现象。同时,发现不同厚度的GaN低温成核层都出现了选择性成核现象。为了分析选择性成核现象的成因,我们建立了衬底图形的多层六面体模型,借助定位面,将模型晶面和衬底图形上的微区晶面相对应。通过模拟软件Material Studio对关键晶面表面原子排布进行模拟,并从成核点、成核能和生长模式三个角度对蓝宝石图形衬底上GaN低温成核层的选择性生长现象做出了初步解释。
2,论文研究了退火过程对上述选择性成核现象的影响。借助定位面,将退火前后取向相同的衬底图形进行对比,发现了有别于文献中报道的退火过程中GaN晶核的运动方式。基于不同厚度的GaN缓冲层,我们生长了n型GaN,并且研究了缓冲的厚度及退火后的衬底表面形貌对后续n型GaN晶体质量的影响。基于不同厚度的GaN缓冲层,制备了LED器件,研究了对LED器件性能造成影响的因素。
3,论文同时研究了GaN成核层的退火时间对基于蓝宝石图形衬底的GaN晶体质量的影响,发现了与平面衬底上同类研究相反的结论。我们发现对图形衬底上的GaN成核层进行较短时间的退火处理(对应较快的升温速率),会取得相对较好的晶体质量。本论文从平面衬底和图形衬底差异的角度,对与文献报道相左的结论做出了初步解释。