3.3 扩散系数D的应用

　　如果在GaNBSi层上再进行InGaN/GaN量子阱的生长,掺杂硅既能向衬底方向扩散,也能向相反方向(即向外延层表面)扩散。由式(1),(2)可得扩散宽度w和扩散系数D、扩散时间t的关系:根据此式,可估得硅向量子阱的扩散宽度。一般InGaN/GaN量子阱的生长温度不高,但生长时间比较长,典型的量子阱生长时间为3100s(生长温度为760e),接着是生长约500~1000s的AlGaNBMg/GaNBMg。虽然掺镁层生长时间短,但生长温度高(也为1030e),在这1000s内,可估得硅向量子阱方向(即向表面)的扩散宽度为0.18Lm(不考虑量子阱生长时的扩散情况,由于此时生长温度较低,结合LED结构的氮化镓外延片可在720e下多次退火而性能无明显变化,根据扩散系数D和温度T的经验关系[8],可认为长量子阱时硅扩散不会很激烈)。考虑到量子阱及p层的厚度一共才0.25Lm左右,硅扩散问题值得高度重视,如果施主杂质硅扩散到p型GaN层,则很难得到高空穴浓度的p型GaN层。根据以及D和温度的关系可知,为了减少硅的扩散,GaN/InGaN量子阱LED结构中p型层及量子阱生长应尽可能快,温度应尽可能低;也可以在长量子阱前有目的地对掺硅量进行渐变,提前量约0.18μm。(值得一提的是:一些厂家已这样做。)这一结果可能还对获得高空穴浓度的p型GaN有重要参考价值。值得关注提的是:文献[9]用SIMS测量了氮化镓LD中Mg及Si的分布,认为Mg的扩散更严重。

　　4 其他问题及讨论

　　在图3,4中,如何解释在腐蚀即将结束时(衬底附近)载流子浓度的下降这一现象?说明及讨论如下:

　　1.从实验测试时所花的时间来看,在d段接近左边峰值附近存在有一个明显的腐蚀速度迅速下降的点,在此后所花的测量时间至少是测量(a,b,c)段所花时间之和的3倍。因此,我们认为测到此点,基本上就腐蚀到底了。

　　2.ECV的理论分辨率受德拜长度限制。当接近蓝宝石时,由于蓝宝石的载流子浓度低,因而德拜长度大,此时ECV对载流子浓度的测量结果可信度差。

　　值得一提的是,如果腐蚀不均匀,可推想同样会有图3,4中(b)段的缓变,这样一来,(b)段不一定就对应硅扩散,至少不能完全认为是硅扩散。的确,本文得到的D是一个上限值,但本文认为腐蚀不均匀造成的影响较小,这是因为GaN恰好是一种抗腐蚀材料,不加紫外光照,用H2SO4无法对它进行腐蚀,此时ECV显示的腐蚀电流为0。因此,只要光照均匀,H2SO4对n型GaN的腐蚀也均匀。

　　5 结 论

　　在LED芯片制造前,ECV测量可作为判断GaN基外延片质量的手段之一。对于自制的LED结构GaN外延片,ECV对p层及量子阱层测量有困难。本文估算出了硅在高温(约1030e)时在GaN中的扩散系数为4.3×10-18m²/s。本文二个样品的硅扩散宽度分别为0.32,0.35μm。本文结果建议,为了减少扩散,GaN/InGaN量子阱LED结构中p型GaN层及量子阱结构生长应尽可能快,温度应尽可能低,甚至可以在长量子阱前有目的地对硅量进行渐变,提前量约0.18μm。

编辑：Cedar