GaN單晶襯底及其同質外延的研究

《GaN單晶襯底及其同質外延的研究》是依託北京大學，由張國義擔任負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：GaN單晶襯底及其同質外延的研究
• 項目負責人：張國義
• 項目類別：面上項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

GaN單晶襯底以及GaN襯底上的同質外延是第三代氮化物半導體發展的必然趨勢，GaN單晶襯底的廣泛套用，必將成為氮化物半導體發展的新的里程碑。本項目綜合運用MOCVD技術，HVPE技術和雷射剝離（LLO）技術極大地改善傳統的雷射剝離方法中的對厚膜生長過程的應力不可控的缺點，採用雷射預剝離和MOCVD的過渡層相接合的方法，製作柔性襯底連線層，這種柔性層使藍寶石襯底和GaN厚膜之間產生弱連線。在GaN的HVPE生長過程中，即能夠保持GaN外延層和藍寶石襯底之間的連結，當生長完成後，在降溫過程中，由於GaN和藍寶石的熱漲係數不同產生的熱應力，又能夠使GaN厚膜和藍寶石襯底的自動分離，達到製備GaN單晶襯底的目的。在此基礎上，開展GaN同質外延的研究，並製備豎直結構LED加以驗證。同時開展相關的基礎理論研究，給出GaN的HVPE生長和MOCV的生長機制和理論模型。

結題摘要

研製出具有自主智慧財產權的高質量的GaN襯底，解決關鍵物理問題，完善關鍵技術，穩定實現GaN 單晶襯底自支撐的完整剝離，提高GaN單晶襯底質量，達到主要技術指標：2英寸GaN襯底厚度不均勻性<5%. 晶體質量：XRD搖擺曲線FWHM（002）<130 arcsec; FWHM（102）＜160 arcsec，光學性質透明，電學性質室溫下n＜5*10^(16)cm^(-3) ,遷移率u>500cm^(-3)/V/s ；對n型摻雜GaN霍爾測量，n型載流子濃度在5*10^(17)cm^(-3) 至 5*10^(18)cm^(-3)可控，遷移率u>100cm^(-3)/V/s 。為高亮度，大功率，長壽命半導體照明用白光LED的製備，為藍光雷射器等器件的套用提供GaN襯底材料，開闢氮化物MOCVD同質外延生長器件製備提供新的生長方法和製備技術奠定基礎。在GaN同質襯底基礎上採用微納米壓印技術圖形化GaN襯底再生長法，碳納米管插入層法，SiN插入層法，AlGaN/GaN/InGaN超晶格及多步緩衝層在內的新型應力控制技術，以緩解GaN襯底內部應力，應變。同時結合設計新型量子阱結構及二維光子晶體和光子準晶等技術以提高LED器件的內量子效率和外量子效率。研製出同質襯底大功率藍光LED外延片, 製作成1*1mm尺寸晶片350mA 電流注入條件下波長450nm，晶片光功率200mW-260mW。封裝後光功率450mW-500mW， 根據LED測試結果，計算得出LED的外量子效率為44.4%，LED的內量子效率為68.4%，計算誤差在5%以內。在生長機制，特性研究等方面發表SCI論文6篇，申請國家發明專利5項。