l GaN基材料基本特性

　　GaN基材料是指元素周期表中Ⅲ族元素A1，Ga，In和V族元素N形成的化合物(GaN，InN，AlN)及由它們組成的多元合金材料屬直接帶隙半導(dǎo)體材料，帶隙能量涵蓋了可見(jiàn)光、紫外和深紫外波段n]，屬堅(jiān)硬的高熔點(diǎn)材料(熔點(diǎn)約為1700℃)，一般情況下以六方對(duì)稱性的纖鋅礦2H結(jié)構(gòu)存在，沿(111)晶向原子層的堆垛次序?yàn)锳BABAB??，在一定條件下也能以立方對(duì)稱性的閃鋅礦3C結(jié)構(gòu)存在，具有ABCABC??的堆垛次序。LED作為一種注入型的電致發(fā)光的半導(dǎo)體器件，靠電子在能帶間躍遷產(chǎn)生光，其發(fā)光波長(zhǎng)主要由材料的禁帶寬度決定。

　　而GaN基材料具備從1.9 eV(InN)到6.2 eV(InN)之間連續(xù)可調(diào)的直接寬帶隙，從理論可覆蓋從紅光至紫外光在內(nèi)的整個(gè)可見(jiàn)光譜，如圖1所示。正是由于GaN基材料具備以上的性質(zhì)及達(dá)到所要求的工藝水平，使得GaN基LED迅速發(fā)展。

圖1 GaN基材料的晶格常數(shù)、能帶寬度及相應(yīng)發(fā)光區(qū)域

　　2 GaN基藍(lán)光LED制程的關(guān)鍵技術(shù)

　　1995年日本日亞(Nickia)公司中村修二博士宣布成功地開(kāi)發(fā)出亮度達(dá)201ux的Ⅲ族氮化物藍(lán)光LED，從根本上解決三基色問(wèn)題，用高亮度GaN基藍(lán)、綠光LED制成白光LED取代白熾燈和熒光燈等而引起照明光源的革命，從而GaN基藍(lán)光LED成為世界研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，在GaN基LED器件制程中，一些關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)劣直接影響到器件的性能，因此對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的研究是十分必要的。

　　2.1金屬有機(jī)物氣相外延(MoVPE)技術(shù)

　　目前具有使用價(jià)值的Ⅲ族氮化物L(fēng)ED大多通過(guò)MOVPE技術(shù)生長(zhǎng)外延材料，外延過(guò)程是以物質(zhì)從氣相向固相轉(zhuǎn)移為主的過(guò)程[5]。含外延膜成分的氣體輸運(yùn)到加熱的襯底或外延表面上，通過(guò)氣體分子熱分解，擴(kuò)散及在襯底或外延表面上的化學(xué)反應(yīng)，構(gòu)成外延膜的原子沉積在襯底或外延面上，并按一定晶體結(jié)構(gòu)排列形成外延膜。通常NH3。作為氮源，三甲基鎵(TMG)為鎵源，以高純H2為載體，在高溫(通常大于1000℃)進(jìn)行外延生長(zhǎng)。在襯底和外延面上的化學(xué)反應(yīng)為：