【摘要】：氮化鎵(GaN)是一種具有直接帶隙結(jié)構(gòu)的Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體,有較寬的禁帶寬度(Eg=3.39 eV)、良好的熱穩(wěn)定性以及較高的電子遷移率等特性,是制備半導(dǎo)體光電器件(如發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器、光電探測(cè)器)與大功率高頻電子器件的理想材料。另外,使用GaN與氮化銦(InN)的合金InGaN可以制成高效率太陽(yáng)能電池等器件。沉積GaN薄膜時(shí),所用襯底的選擇一直是研究者們首要關(guān)注的問(wèn)題。目前,一般使用藍(lán)寶石(α-Al_2O_3)、硅(Si)、碳化硅(SiC)等材料做為襯底。但α-Al_2O_3襯底不導(dǎo)電,散熱性能不好,難以直接制備垂直結(jié)構(gòu)的大功率器件,而雖然SiC襯底導(dǎo)電,但價(jià)格昂貴。而且,這些襯底都為硬質(zhì)襯底,不能滿足人們對(duì)柔性電子器件的需求。因此本實(shí)驗(yàn)考慮在聚酰亞胺(Poly imide,PI)等柔性襯底上生長(zhǎng)GaN薄膜,并研究GaN的低溫生長(zhǎng)規(guī)律PI是一類高分子聚合物,其特征在于其主鏈上含有亞胺環(huán)結(jié)構(gòu)。PI一般由采用含二胺和二酐的單體分子發(fā)生縮聚反應(yīng),再經(jīng)過(guò)脫水反應(yīng)制備而成。由于PI分子含有的芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定,使得它有很高的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度(Tg),熱穩(wěn)定性非常好。如果被用做Ga N薄膜的襯底,實(shí)驗(yàn)所采用的溫度有很大的調(diào)節(jié)范圍。本實(shí)驗(yàn)使用的PI由均苯四甲酸酐(PMDA)與4,4一二氨基二苯醚(ODA)縮聚而成。其Tg約為300℃~400℃,熱分解溫度可達(dá)500~600℃。另外,此種類型的聚酰亞胺(PMDA-ODA)力學(xué)性能優(yōu)良,熱膨脹系數(shù)相對(duì)較低。在PI襯底上生長(zhǎng)GaN具有成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。另外因PI的柔性特點(diǎn),可將在PI上生長(zhǎng)的GaN薄膜應(yīng)用于可折疊太陽(yáng)能電池、可彎曲屏幕等應(yīng)用領(lǐng)域。另外,可以在PI襯底上涂覆一層AgNWs(sliver nanowires,AgNWs)以做GaN器件的柔性電極。Ag是價(jià)格相對(duì)低廉的貴金屬材料,且具有極高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性。以前有研究者做過(guò)在Ag上生長(zhǎng)GaN薄膜的討論,生長(zhǎng)結(jié)果較好。使用涂覆有AgNWs的PI襯底(下文簡(jiǎn)記為AgNWs/PI)一方面有利于方便的制備垂直結(jié)構(gòu)的柔性GaN器件。另一方面,AgNWs結(jié)構(gòu)可以引導(dǎo)GaN呈納米線形態(tài)生長(zhǎng),從而制備出GaN納米線。本文在柔性襯底PI以及AgNWs/PI上采用電子回旋共振-等離子體增強(qiáng)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積方法(ECR-PEMOCVD)低溫制備出具有高度c軸擇優(yōu)取向的GaN薄膜。并研究了不同TMGa流量及不同生長(zhǎng)溫度對(duì)的GaN薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌,光學(xué)性能的影響。在柔性PI襯底上,RHEED、XRD和AFM測(cè)試結(jié)果顯示:GaN生長(zhǎng)層的適宜生長(zhǎng)條件為:TMGa流量為0.9sccm;溫度為250℃。在此條件下生長(zhǎng)的GaN薄膜平均晶粒尺寸約為42.1nm,表面均方根粗糙度RMS為2.31nm;在柔性AgNWs/PI襯底上,可生長(zhǎng)出納米線結(jié)構(gòu)的GaN。RHEED、XRD和AFM測(cè)試結(jié)果顯示:在300℃時(shí)GaN薄膜的晶體質(zhì)量最好,平均晶粒尺寸為25.5nm,RMS為4.64nm。
【圖文】：

Ga 流量下 GaN 生長(zhǎng)層的 XRD 分析不同 TMGa 流量下 GaN 生長(zhǎng)層的 XRD 圖。很明顯在 3，，圖 3.2 中依次出現(xiàn)了 2θ 衍射角為 34.341°、34.383°和些衍射峰為六方纖鋅礦 GaN（002）晶面的衍射峰，表明優(yōu)取向生長(zhǎng)的。由圖 3.2 可知，當(dāng) TMGa 流量為 0.9sc衍射峰最強(qiáng)。為了更精細(xì)地比較不同 TMGa 流量對(duì) GaN，本文對(duì) XRD 圖像的其他信息進(jìn)行了比較分析，如表 3

- 28 -圖 3.4 不同溫度下 GaN 生長(zhǎng)層的 XRD 曲線Fig 3.4 XRD curves of GaN growth layer at different temperature表 3.2 不同溫度下 GaN 生長(zhǎng)層的 XRD 分析Tab. 3.2 Analysis of GaN growth layer at different temperature2θ(°) 晶粒尺寸(nm) FWHM(°) C(nm) 34.383 39.7 0.212 0.5212 34.341 42.1 0.200 0.5212 34.420 41.7 0.202 0.5216
【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】：2018
【分類號(hào)】：TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2706831