GaN薄膜晶体质量：界面成核时间的影响与位错密度研究

"本文详细探讨了GaN成核层的界面成核时间对GaN薄膜晶体质量的影响。通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术，研究者分析了不同成核时间下，GaN薄膜在c面蓝宝石衬底上的生长情况。实验使用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨X射线衍射(XRD)和光致发光光谱(PL)等手段，对晶体质量和光学性质进行了表征。 研究表明，随着成核时间的增加，形核岛的密度降低，尺寸增大，分布均匀性变差。这一变化导致形核岛合并过程中界面数量的先减后增，进而影响GaN外延层的位错密度，包括螺位错和刃位错。位错密度的变化与光致发光光谱中带边发光峰与黄带发光峰的比值变化相吻合，这一比例先增后减，表明晶体质量受到影响。 文章指出，外延生长过程中，界面成核时间对GaN薄膜中的位错演变具有显著影响，这直接影响到GaN外延层的晶体质量和光学性质。低温形核层是解决GaN与衬底间晶格失配的关键步骤，但即便如此，生长的GaN薄膜仍存在高密度位错，这些位错可能成为非辐射复合中心，影响器件性能和寿命。 尽管已有文献报道通过调整形核温度、压力等生长参数可以优化GaN薄膜质量，但本研究特别强调了成核时间的重要性。未来的研究应更深入地探索最佳成核时间，以期实现更高品质的GaN薄膜，从而提高光电子器件的性能和稳定性。 关键词：低温形核层，金属有机化学气相沉积，氮化镓，位错 PACS代码：73.61.Ey, 81.15.Kk, 68.55.–a, 78.55.–m DOI：10.7498/aps.64.127305 1 引言 氮化镓(GaN)作为紫外到绿光波段光电子器件的主要材料，因其与衬底的晶格失配和热失配问题，直接高温生长难以实现高质量单晶薄膜。Nakamura提出的两步生长法通过低温GaN形核层来缓解这一问题，该方法在GaN基发光二极管的制造中取得了显著成果。然而，两步法生长的GaN外延层中位错密度仍然较高，对器件性能构成挑战。因此，对形核过程的精确控制成为提升GaN薄膜质量的关键所在。"