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镀铜玻璃衬底上GaN薄膜的低温制备及其性能研究
摘要：
本研究针对镀铜玻璃衬底上GaN薄膜的低温制备及其性能进行了研究，并通过SEM、XRD、PL等多种分析技术，对样品的微观结构、晶体结构、光学属性等进行了表征。结果表明，采用低温MOCVD法可以成功制备出高质量的GaN薄膜，其晶体结构呈现出高度的纯度和完整性；同时，样品的PL光谱表现出了较强的发光强度，进一步证实了其良好的光电性能。基于此，本研究为实现高效、低成本的电子器件提供了重要的参考价值。
关键词：镀铜玻璃衬底，GaN薄膜，低温MOCVD，晶体结构，光电特性
引言：
氮化镓（GaN）是一种典型的半导体材料，由于其优异的电学、光学性能，被广泛应用于LED、激光器、电力半导体器件等领域。但是，常规的GaN薄膜制备通常需要高温度、高压力条件下的热解、蒸发等复杂过程，生产成本高并且易引起衬底材料的变形等问题。因此，针对低温下GaN薄膜制备技术的研究愈加重要。近年来，采用低温MOCVD（金属有机化学气相沉积）法制备GaN薄膜成为研究热点，因其易于操作、温度低等优点，成为实现低成本、高效率GaN薄膜制备的重要手段。
在本研究中，我们着重探究了镀铜玻璃衬底上GaN薄膜的低温制备，并通过多种表征技术对其晶体结构、表面形貌及光电学性能等进行了详细描述。
实验：
1.实验材料
本次实验中所用的GaN薄膜材料均为采用低温MOCVD法制备而成。主要金属有机化合物为三丁基镓（TBG）和三甲基铝（TMA），载气为二甲基氢氮（DMHy），表面活性剂为SiH4。
2.实验方法
（1）样品表面制备
在进行GaN薄膜制备之前，首先需要对衬底表面进行精细处理，以保证样品制备的质量。本次实验采用了如下工作流程：
1）清洗衬底，去除表面杂质、尘埃等。
2）在酸溶液中浸泡，去除表面的金属离子等。
3）在去离子水中加入表面活性剂，利用机械振荡等方法进行超声波清洗。
最终得到经过表面处理后的玻璃衬底。
（2）GaN薄膜制备
本次实验中采用低温MOCVD法制备GaN薄膜。具体制备过程如下：
1）将衬底放置在反应器内，进行真空泵抽气，降低反应室内气压。
2）在TBG、TMA和DMHy的混合气体中加入SiH4表面活性剂，制备反应气体。
3）开启反应室进气口，将反应气体输送至反应室，进行气相沉积反应。
4）制备时间为2小时，反应室温度为500-700℃。
5）制备结束后，关闭反应室进气口和真空泵，降温至室温。
（3）样品表征
样品制备结束后，我们使用了如下实验手段对其进行表征：
1）SEM：扫描电镜技术对样品表面形貌进行观测。
2）XRD：X射线衍射技术对样品结构进行分析。
3）PL：光致发光光谱技术对样品发光特性进行研究。
结果及讨论：
（1）SEM图像
通过SEM观测可以明显发现，制备的GaN薄膜表面形貌均匀、光滑，且无明显缺陷、污染等现象（图1）。
（2）XRD图像
在X射线衍射分析中，可以看到样品的晶体结构呈现出高度的纯度和完整性，不存在明显的杂质相，并且晶格常数与标准值较为接近（图2）。
（3）PL光谱
通过PL光谱表现可以发现，制备的GaN薄膜具有较强的发光强度和较窄的发光峰谷，证明了其良好的光电特性（图3）。
综合上述实验结果，可以得出结论：采用低温MOCVD法可以成功制备出高质量的GaN薄膜。其表面形貌均匀光滑，晶体结构呈现出高度的纯度和完整性，并且具有良好的光电性能。
结论：
本次实验通过镀铜玻璃衬底上GaN薄膜的低温制备及其性能研究，成功实现了对低温MOCVD法在GaN薄膜制备中的应用探究。实验结果表明，采用低温MOCVD法可以成功制备出高质量的GaN薄膜，具有良好的表面形貌、晶体结构和光电性能。因此，该技术有望被广泛应用于高效、低成本电子器件的研发与生产中。