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尽管立方相GaN LED早已报道,但GaN/GaAs(001)材料质量和器件性能的进一步提高难度很大.该文研究了GaN/GaAs(001)薄膜的MOCVD生长和结构特性,包括层错的分布特征与形成机制、缓冲层的结构特性与形貌特征以及GaN/GaAs(001)的选区外延生长等问题.取得了如下结果:1.GaN/GaAs(001)外延层中的缺陷主要是层错.层错密度和宽度在不同的<110>方向显示出一定的非对称性,并且层错的分布特征与外延层的表面形貌存在对应关系,层错分布的各向异性可能与生长早期岛与岛之间在不同方向的生长速率、合并几率不同有关.外延层厚度从0.1μm增加到0.6μm,层错密度降低明显,但从0.6μm到1.25μm,变化不大.2.因立方相GaN外延层的结晶质量与缓冲层的质量与形貌关系极大,因此我们对GaN/GaAs(001)缓冲层进行了系统的研究.XRD分析表明,GaN/GaAs(001)缓冲层为立方-六方混相结构,但立方相的含量随缓冲层厚度的增加而减少.[111]和[0001]是GaN的择优生长方向,低温生长时次近邻原子面绕[111]的相对转动弱化了(002)衍射.3.对GaN/GaAs(001)缓冲层的XRR分析表明,在GaN缓冲层与GaAs衬底之间的界面处存在一个高密度层,可能与界面处Ga沉积和As挥发有关.AFM分析表明,随着缓冲层厚度的增加,表面粗糙度增加,晶粒尺寸变小,六方相含量的增加可能与晶粒尺寸变小有关.退火后,在缓冲层表面形成稀疏的大岛,缓冲层越薄衬底挥发越严重,导致表面粗糙度大幅增加,但退火对相含量没有明显的影响.4.用低压MOCVD在SiO<,2>/GaN/GaAs(001)图形衬底上进行了GaN选区生长(SAG).用SEM和XRD研究了SAG样品的形貌和结构特征.SEM观察表明SAG GaN的形貌强烈地依赖于窗口取向,而且轻微地受气流与窗口相对取向的影响.SAG GaN条的侧面均为稳定的(111)B面,与条的取向无关.XRD测量显示经选区生长后立方GaN(002)摇摆曲线的FWHM有所减小.当ω轴平行于[110]时测得的GaN(002)摇摆曲线FWHM总是小于垂直这一晶向时测得的FWHM,而与ω轴跟GaN条之间的取向关系无关.5.采用在SiO<,2>/GaN/GaAs图形衬底上进行的选区外延生长来降低立方相GaN外延层中的层错密度.TEM平面像的观察表明,经过SAG方法生长后立方相GaN外延层中的层错密度由SAG生长前的5×10<9>cm<-2>降低至生长后的6×10<8>cm<-2>.双晶X射线衍射测量则显示SAG前后外延层ω扫描(002)衍射摇摆曲线的半高宽(FWHM)分别为33分和17.8分,表明晶体质量有了很大改善.提出了立方相GaN选区外延过程中层错减少的机制.