非晶GaN薄膜低溫沉積及其錫摻雜研究.pdf

1、近年來,GaN以其優(yōu)異的光電性質(zhì)而被廣泛應(yīng)用于短波長光電器件、全色發(fā)光顯示器、光探測器、高電子遷移率晶體管和大功率電子器件.但是由于缺乏高質(zhì)量大尺寸的體單晶作為襯底,通過MOCVD在藍寶石或SiC襯底上異質(zhì)外延制備的GaN薄膜尺寸較小,一般直徑不超過2英寸,而且價格昂貴.非晶GaN由于結(jié)構(gòu)的無序性,不需要晶格匹配的襯底,因而在大面積顯示器件中具有非常大的應(yīng)用前景. 作為一種高效的大面積薄膜制備方法,磁控濺射早在10年前就已經(jīng)被應(yīng)

2、用于GaN薄膜的制備.但常規(guī)的n型摻雜劑Si,由于其非常高的熔點和在Ga中較小的固溶度,使得GaSi合金靶材的制備非常困難,到目前為止還沒有采用磁控濺射法對GaN材料進行摻雜的報道. 本文在系統(tǒng)總結(jié)了國內(nèi)外GaN材料的制備、摻雜和器件工藝的研究歷史和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,從改善工藝的角度出發(fā),提出采用低熔點金屬Sn作為新型摻雜劑制備SnGa合金靶對GaN進行n型摻雜. 我們首先通過基于密度泛函理論的第一性原理計算,根據(jù)形成能和費

3、米能級關(guān)系定量計算出Sn<'0→+1><,Ga>的電離能為～31meV,結(jié)合態(tài)密度(DOS)圖,部分態(tài)密度(PDOS)圖和差分電荷密度圖的定性分析,從理論上預測了Sn在GaN中的淺施主特性及其摻雜制備n型導電GaN的可行性;然后采用直流反應(yīng)磁控濺射液態(tài)金屬Ga靶和液態(tài)GaSn合金靶的方法制備未摻雜和Sn摻雜GaN薄膜.實驗中發(fā)現(xiàn)400℃以上,N<,2>流量為40sccm時,未摻雜GaN薄膜的光學禁帶寬度為3.30eV;Sn摻雜以后GaN