GaNInGaN异质结应变层临界厚度的研究.pdfVIP

科技信息 博士·专家论坛 GaN／InGaN异质结应变层临界厚度的砜究 郑江海12林钧峰1 (1．漳州师范学院物理与电子信息工程系2．福建省半导体材料及应用重点实验室(厦门大学)) 异质结应变层临界厚度进行理论估算，再结合实验值进行比较分析，发现PB模型比较能准确估计GaN／InGaN异质 结应变层临界厚度，最后进一步考虑热应力对临界厚度的影响时，发现对其影响不大。 [关键词】异质结应变层临界厚度 1引言 =le。／8I．2C13／C33。 (6) 一般认为，当InGaN外延层在GaN衬底上生长时，开始时可见泊松比例大小同弹性系数有关。表1和2列出了GaN 外延层的原子层因受到衬底应力的作用，使得其品格与衬底相 和InN的CC”弹性系数的实验测量值与理论值以及由(6) 匹配，这时以赝晶方式生长。当长到某一特定厚度时，弹性应 式计算得到的泊松比例。 变得以释放，此时的外延层厚度称之为临界厚度(criticallayer表1 thickness，CLT)…。当外延层薄于临界厚度时，晶格失配通过 州沦值 实验值 平均值 弹性应变作用达到协调统一，这时外延层具有均匀的结构、最 cI， 1．00 1．14 1．()(j 0．70 1．58 l 佳的电子和光学特性；反之，外延层厚于临界厚度时，晶格失配 厶， 3．92 3．81 3．98 3．79 2．67 | 则由应力、位错、组分变化和三维生长等一起调和口J，结构等特 y 0．51 O．59 0．53 0-37 1．19 O．68 性也发生较大的变化。可见，Gab／／InGaN异质结应变层临界 表2 厚度是一个很重要的参数，对控制InGa_N外延材料的质量和相 关器件的性能具有重要的意义，关系到器件设计、材料制备以 实验值 瑚论值 平均值 J。 及器件的性能等H 厶】 1．2l 0．94 0．92 | 尽管可以通过电学和光学等实验方法测定CLT值，但由于 G， 1．82 2．00 2．24 | InGaN外延层中缺陷密度过多，导致测量的不准确，因而难于建 立相关的CLT计算理论。借鉴砷化物和磷化物等可知，CLT为 y 1．33 0．94 O．82 1．03 组分、晶格失配和结构特性的函数，本文主要借鉴PB模型和 Fisher模型通过优化其中的参数，考虑影响临界厚度的相关因 素，对GaN／InGaN异质结应变层临界厚度进行理论估算，并结 合实验值进行比较分析。 2PB模型和Fisher模型计算的CLT Nabarro【4’计算了螺旋位错、刃型位错和半环位错的能量密 度，结果显示螺旋位错具有最低能量密度，并给出了当外延层 厚度为h时，螺旋位错的能量密度8。近似公式为： 国=Gb2 ㈩ 1In(钓 R．People等人验证了Nabarro的这一结论。并得出外延层 厚度为h时应变层的能量密度e。为： 助=2G(出)可2 (2) 图l l，=0．68时b变化的图2 b=ac-N时1，变化的 I—V PB模型的CLT值 PB模型的CLT值 其中G为剪切模量。当方程(1)和(2)相等，令h为h。，则 可得到PB模型的临界厚度表达式为¨J： 晶格常数a(