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1、GaN基蓝光LED的制备工艺一、氮化镓结构及性能简介GaN有三种晶体结构，它们分别为纤锌矿、闪锌矿和岩盐矿。通常的情况下纤锌矿是最稳定的结构。但是闪锌矿结构的GaN通常在高温的条件下会转变成更加稳定的纤锌矿结构的GaN。而岩盐相是GaN的高压相结构（压力一般大于37GPa）通常情况下是不容易存在的。GaN通常情况下为白色或者微黄色的固体粉末，是一种极其稳定的化合物，又是坚硬的高熔点材料，熔点大约为1700，GaN具有很强的电离度，在-族化合物中是最高的。GaN化学性质非常稳定，具有强硬度、抗常规湿法腐蚀的特点。在室温下，它不溶于水和酸，不溶于NaOH溶液（因为形成的GaOH层很快沉积在表面上，
2、必须采用电解腐蚀方法才行），但对于热的碱性溶液却能缓慢地溶解。如果GaN的质量较差，NaOH、H2SO4、H3PO4能够较快腐蚀，可用于对质量不高的晶体缺陷的检测。由于GaN很稳定，目前尚没有一种合适的化学腐蚀方法刻蚀GaN，现在使用最多的是离子体工艺进行刻蚀。如果在高温的HCl或H2气氛中，GaN呈现出不稳定性，而在N2气氛下最为稳定。GaN是直接隙半导体材料，具有易发光，电光转化效率高的特点。直接隙半导体材料与间接带隙半导体材料的区别在于空穴和自由电子的动量方向的差异，在直接隙半导体材料中，空穴和自由电子动量方向相同，动量守恒条件容易满足，电子与空穴相对容易复合产生光子。而在间接隙半导体材
3、料中，空穴和自由电子具有不同动量方向，动量守恒条件不易满足，电子与空穴相对不容易复合产生光子，需要声子作用。非有意掺杂GaN均为n型，载流子浓度在10161018cm-3，具有很高电导，这是存在N空位引起的。对于GaN的n型掺杂，相对来说比较简单，但制造p型GaN就比较困难。虽然Mg是比较好的p型掺杂剂，但大都得到低阻p型GaN，由Mg于本身的电离能比较大，即使掺杂浓度很高，激活后，也只有很少Mg的成为受主杂质且空穴浓度（载流子浓度）更低。2、 氮化镓基蓝光LED的制备2.1 衬底材料衬底对材料的生长及晶体质量具有重要的影响，选择合适的衬底材料对于GaN及其化合物外延层的生长尤为关键。如表1所
4、示，可作为GaN的异质衬底的材料有很多，其晶格参数及物理特性也各有不同。蓝宝石和SiC衬底与GaN的晶格常数以及热膨胀系数较为匹配，且热稳定性好，是目前用于制备GaN薄膜最主要的两种衬底材料。由于SiC材料价格昂贵，且其晶体质量也没有蓝宝石衬底的好，所以目前最广泛运用的GaN异质外延的是蓝宝石衬底。但是，蓝宝石衬底与GaN薄膜之间仍然存在着一定的晶格失配和热膨胀系数失配，沉积的材料内部会存在着较高的位错密度(108-1010cm-2)。在GaN基LED中，这些高密度的位错会给漏电流提供传输通道，降低器件的可靠性；并且为非辐射复合提供复合中心，降低LED的发光效率，对LED的电学和光学性能造成严
5、重的影响。2.2 外延生长制备GaN材料较为常用的外延生长方法有如下3种：（1）氢化物气相外延：HCl与金属Ga反应，生成的GaCl再与NH3生成GaN。HVPE法的优点是生长速率很快，但缺点是生长的薄膜厚度很难精确控制，且HCl会腐蚀设备，难以保证GaN材料的纯度。（2）气态源分子束外延：将金属Ga加热蒸发成分子束与NH3在衬底表面反应，生成GaN。GSMBE法的优点是在比较低的温度(7000)下便可生成GaN，且GaN晶体的质量较好，也不需要后续的热处理。但是缺点是生长速率较慢、产量较低且设备价格昂贵。（3） 金属有机物化学气相外延：通过载气(N2或者H2)将金属有机物和NH3送入反应室，在高温下于衬底上反应生成GaN。此过程的反应式为： Ga(CH)3+NH3GaN+3CH4MOCVD反应系统的示意图如图5所示。与其他生长方法相比，MOCVD法的优点有：设备简单；反应气体可精确调控；薄膜的厚度可精确调控；低气压外延生长可减小非故意掺杂；薄膜更大更均匀、适宜批量生产等。当然，MOCVD法也有一些缺点需要解决，例如，反应所需的气体及其副产物大多是易燃易爆的危险品，反应排出的尾气需经过特殊处理方可排出。
