MOCVD生長GaN薄膜晶體過程的研究與優(yōu)化.pdf

1、GaN薄膜晶體具有優(yōu)良的光學(xué)性能，是寬禁帶直接躍遷型半導(dǎo)體材料，廣泛應(yīng)用于高溫大功率電子器件和高效率發(fā)光器件的制備。金屬有機化學(xué)氣相沉積（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）簡稱MOCVD，是制備GaN薄膜晶體材料及其器件包括半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管最主要的方法。研究MOCVD技術(shù)的工作原理和特性對于提高LED外延片生長質(zhì)量，降低LED生產(chǎn)成本以及生長高質(zhì)量的GaN基材料與器件有著十分重要的意

2、義。
　　反應(yīng)器是MOCVD生長GaN薄膜晶體的關(guān)鍵設(shè)備，對反應(yīng)器內(nèi)部輸運過程的研究，是整個MOCVD技術(shù)的重要組成部分。本文針對典型的垂直噴淋式MOCVD反應(yīng)器展開研究，首先介紹了MOCVD的相關(guān)理論和研究進展，然后對MOCVD反應(yīng)器內(nèi)的流場和溫度場分布進行了數(shù)值模擬，研究并分析了反應(yīng)器的幾何結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)對GaN薄膜沉積速率和生長均勻性的影響。結(jié)果表明，GaN的生長速率主要受到基座表面(CH3)3Ga:NH3濃度的影響，增大氣

3、體入口與基座間距、氣體入口速度和基座轉(zhuǎn)速，或者減小氣體入口溫度，可以有效地提高生長速率。生長均勻性主要受到自然對流在基座上方引起的回流的影響，增大氣體入口大小和氣體入口速度，或者減小氣體入口與基座間距，可以有效地提高生長均勻性。氣體入口溫度和基座溫度對生長速率的影響可以由兩個相互競爭的機制解釋。增大氣體入口溫度會降低反應(yīng)器內(nèi)的溫度梯度，提高GaN的生長速率；但當氣體溫度較高時會導(dǎo)致(CH3)3Ga:NH3進一步熱分解生成Ga(CH3)3