【摘要】：GaN基半導體材料是寬禁帶直接帶隙材料，具有飽和電子漂移速率高、介電常數(shù)小、導熱性能良好以及耐高溫、抗高電壓、抗酸堿腐蝕等特點，并在高亮度LEDs，短波長激光、紫外線探測器以及高溫、高功率電子器件等領域占有獨特優(yōu)勢。 本文利用金屬有機化學氣相沉積技術(shù)（MOCVD）在藍寶石襯底上生長GaN基薄膜材料，1）通過對兩步生長過程中各階段GaN晶體的性能進行表征，分析了界面形核時間對GaN外延片質(zhì)量的影響，并對其內(nèi)在物理機理進行探討；2）研究了形核層退火過程中不同的氨氣流量對GaN外延薄膜晶體質(zhì)量和光學性質(zhì)的影響。具體研究結(jié)果如下： 1）利用MOCVD系統(tǒng)研究了界面形核時間對c面藍寶石襯底上外延生長GaN薄膜晶體質(zhì)量的影響機理。利用原子力顯微鏡（AFM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、高分辨X射線衍射儀（HRXRD）以及光致發(fā)光光譜儀（PL）表征材料的晶體質(zhì)量以及光學性質(zhì)。隨著形核時間的延長，退火后形成的形核島密度減小、尺寸增大、均勻性變差，使得形核島合并過程中產(chǎn)生的界面數(shù)量先減小后增大，導致GaN外延層的螺位錯和刃位錯密度先減小后增大，這與室溫光致發(fā)光光譜中得到的帶邊發(fā)光峰與黃帶發(fā)光峰的比值先增大后降低一致。研究結(jié)果表明：外延生長過程中，界面形核時間會對GaN薄膜中的位錯演變施加巨大影響，從而導致GaN外延層的晶體質(zhì)量以及光學性質(zhì)的差異。 2）利用MOCVD系統(tǒng)研究了形核層退火時的氨氣流量對c面藍寶石襯底上外延生長GaN薄膜晶體質(zhì)量的影響。隨著形核層退火過程中氨氣流量的增加，NLs的分解速率減小，退火后形成的形核島尺寸變小，使得形核島合并過程中產(chǎn)生的界面數(shù)量先減小后增大，導致GaN外延層的螺位錯和刃位錯密度先減小后增大。這與PL譜中黃帶發(fā)光峰與帶邊發(fā)光峰的比值以及載流子濃度先減小后增大一致。研究結(jié)果表明：形核層退火時氨氣流量會對NLs分解速率產(chǎn)生巨大影響，從而導致GaN外延層的晶體質(zhì)量以及光電性質(zhì)的差異。
【圖文】：

圖 1.2 纖鋅礦結(jié)構(gòu) GaN 晶體的極性[8,9]Fig.1.2 The polar of wurtzite GaN[8,9]材料包括 GaN（氮化鎵）、InN（銦鎵氮）、Al合金（InGaN、AlGaN、AlGaInN）。通常條件，如圖 1.1（1）所示。在高壓下，它們發(fā)生相少見，如圖 1.1（2）所示。在襯底上異質(zhì)外延ZB）結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)[6]，如圖 1.1（3）。其中纖鋅礦結(jié)單位構(gòu)成，兩種結(jié)構(gòu)的的差別在于原子層的對稱性，而后者具有立方對稱性[6]。正是由于晶質(zhì)存在顯著差異。以 GaN 為例說明原子堆積方子堆積方式為 GaANAGaBNBGaCNCGaANAGaBNB子堆積方式為 GaANAGaBNBGaANAGaBNBGaANA 的原子呈雙層排列，雙原子層一般沿（0001）

圖 1.3：AlGaN/GaN/AlGaN (x=0.15),GaN/InGaN/GaN(x=0.06)異質(zhì)結(jié)的能帶Fig 1.3: The heterojunction band ofAlGaN/GaN/AlGaN (x=0.15),GaN/InGaN/GaN(x=0.06)[25]氮化物的電學性能寬度而言，SiC 和 III 族氮化物的禁帶寬度大于 Si 和 GaAs 的禁），因此 SiC 和 III 族氮化物電子器件更適宜在高溫度和大功率的方面，雖然 SiC 的能帶寬度接近 GaN，，但 III 族氮化物與 SiC 器勢：第一，氮化物材料具有直接禁帶寬度，可用于制作激光和高；第二，對于 GaN、AlN、InN 以及它們的合金三元（AlGaN，IAlInGaN），改變組分即可改變禁帶寬度，且禁帶寬度范圍（1.9-大；第三，三元和四元氮化合物可用于異質(zhì)結(jié)（HFET，HBT
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O614.371;TB383.2

【參考文獻】

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1 梁春廣,張冀;GaN——第三代半導體的曙光[J];半導體學報;1999年02期

2 張韻;謝自力;王健;陶濤;張榮;劉斌;陳鵬;韓平;施毅;鄭有p

本文編號：2577695