本文關(guān)鍵詞：GaN薄膜在金屬襯底Ti、Mo上的低溫ECR-PEMOCVD生長(zhǎng)及其性能影響機(jī)制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來(lái),由于氮化鎵(GaN)材料在光電子器件(半導(dǎo)體二極管LED、半導(dǎo)體激光器LD)和微電子器件(高溫、大功率、高頻晶體管)等方面有著廣泛的應(yīng)用而引起研究者的濃厚興趣。眾所周知,這是由于GaN具有直接寬帶系(3.39eV)、高的電子漂移飽和速度及高的擊穿電壓等優(yōu)良性能。基于含熒光層的InGaN/GaN多量子阱藍(lán)光芯片和紅綠藍(lán)三色混合芯片的白色光源的獲得,使GaN基器件有望在普通照明方面得到應(yīng)用。但仍有一些問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。合適的襯底材料便是其中一個(gè)問(wèn)題,眾所周知,襯底材料對(duì)GaN基器件的性能影響巨大。目前制備GaN薄膜的襯底材料多選用藍(lán)寶石(α-Al2O3)、碳化硅(SiC)或硅(Si)。但它們都存在一定的不足,a-A1203的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能較差,并且與GaN之間晶格失配較大；SiC雖然在導(dǎo)電和導(dǎo)熱等方面優(yōu)于藍(lán)寶石,但卻制造困難且價(jià)格昂貴；Si具有價(jià)格低廉、易于解理、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好以及便于大面積生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),但Si材料與GaN熱失配較大,GaN薄膜的龜裂問(wèn)題一度難以攻克。近年來(lái),有研究者嘗試在金屬襯底上制備GaN薄膜。金屬材料具有良好的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性、價(jià)格低廉、便于大面積生產(chǎn)及兼有反光作用等優(yōu)點(diǎn),這些都有望在一定程度上改善器件的散熱及發(fā)光效率。更重要的是,金屬可以直接作為電極,以實(shí)現(xiàn)后續(xù)的GaN基器件中電流的垂直傳輸,在制造工藝上比激光剝離(Laser Lift-Off)和金屬鍵合等技術(shù)要簡(jiǎn)單。因此,直接在金屬上沉積GaN薄膜具有重大的研究意義。本文以金屬鈦(Ti)和鉬(Mo)作為襯底材料,采用電子回旋共振-等離子體增強(qiáng)金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(ECR-PEMOCVD)技術(shù),分別以三甲基鎵(TMGa)和高純N2作為Ga源和N源,低溫沉積出高度c軸擇優(yōu)的GaN薄膜。傳統(tǒng)的MOCVD工藝通常采用1050℃左右的高溫,這么高的溫度必定會(huì)引起嚴(yán)重的界面反應(yīng)以及GaN與襯底之間巨大的熱應(yīng)力,從而嚴(yán)重影響后續(xù)GaN基器件的性能。本文采用的ECR-PEMOCVD設(shè)備以ECR等離子體活化技術(shù),在低氣壓下產(chǎn)生非平衡等離子體,提供高活化的N離子,大大降低了沉積溫度。本文采用反射式高能電子衍射(RHEED)、X射線(xiàn)衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、室溫光致發(fā)光譜(PL譜)以及電流-電壓測(cè)試(I-V測(cè)試)等多種表征手段,重點(diǎn)研究了沉積溫度和TMGa流量對(duì)GaN薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、光學(xué)性能以及電學(xué)特性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Ti襯底上GaN薄膜的最佳沉積溫度為480℃,最佳TMGa流量為1.4sccm,最佳條件制備的GaN薄膜具有較好的晶體質(zhì)量、均勻致密的薄膜表面,較弱的光致發(fā)光,GaN薄膜與Ti襯底之間顯示肖特基接觸特性。Mo襯底上GaN薄膜的最佳沉積溫度為570℃,最佳TMGa流量為1.6sccm,在最佳條件下制備的GaN薄膜沿c軸擇優(yōu)生長(zhǎng),晶體質(zhì)量較高,表面較為致密平整,具有較強(qiáng)的光致發(fā)光,GaN薄膜與Mo襯底之間顯示肖特基接觸特性。
【關(guān)鍵詞】：氮化鎵 ECR-PEMOCVD 金屬襯底Ti、Mo
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 GaN的基本性質(zhì)10-13
• 1.1.1 GaN的物理性質(zhì)10-12
• 1.1.2 GaN的化學(xué)性質(zhì)12
• 1.1.3 GaN的光學(xué)性質(zhì)12-13
• 1.1.4 GaN的電學(xué)性質(zhì)13
• 1.2 GaN薄膜襯底材料的選擇13-16
• 1.2.1 藍(lán)寶石(α-Al_2O_3)襯底13-15
• 1.2.2 碳化硅(SiC)襯底15
• 1.2.3 硅(Si)襯底15
• 1.2.4 金屬襯底15-16
• 1.3 GaN的應(yīng)用領(lǐng)域16-17
• 1.3.1 光電器件16-17
• 1.3.2 高頻高功率電子器件17
• 1.4 本文研究的意義與研究?jī)?nèi)容17-19
• 2 GaN的生長(zhǎng)與表征方法19-27
• 2.1 GaN薄膜制備技術(shù)19-22
• 2.1.1 金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)19
• 2.1.2 分子束外延(MBE)19-21
• 2.1.3 脈沖激光沉積(PLD)21-22
• 2.1.4 氫化物氣相外延(HVPE)22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備22-24
• 2.3 表征手段24-27
• 2.3.1 薄膜的晶體結(jié)構(gòu)分析24-25
• 2.3.2 薄膜的表面形貌分析25
• 2.3.3 薄膜的光學(xué)特性分析25-26
• 2.3.4 薄膜的電學(xué)特性分析26-27
• 3 沉積溫度對(duì)GaN薄膜性能的影響27-40
• 3.1 沉積溫度對(duì)GaN/Ti薄膜的性能影響研究27-34
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及參數(shù)27-28
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析28-32
• 3.1.3 小結(jié)32-34
• 3.2 沉積溫度對(duì)GaN/Mo的性能影響研究34-40
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及參數(shù)34-35
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析35-39
• 3.2.3 小結(jié)39-40
• 4 TMGa流量對(duì)GaN薄膜性能的影響40-49
• 4.1 TMGa流量對(duì)GaN/Ti薄膜的性能影響研究40-43
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及參數(shù)40
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析40-43
• 4.2 TMGa流量對(duì)GaN/Mo薄膜的性能影響研究43-48
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及參數(shù)43
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析43-48
• 4.3 本章小結(jié)48-49
• 結(jié)論49-50
• 參考文獻(xiàn)50-53
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況53-54
• 致謝54-55

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本文編號(hào)：509338