【摘要】：AlN具有寬直接帶隙、耐輻射、耐高溫、高擊穿場強等特點,是重要的第三代半導體材料,廣泛用于制備半導體激光器(LD)、高亮度發(fā)光二極管(LED)、紫外光電器件等。MOVPE是生長AlN薄膜的關鍵技術。在AlN的MOVPE生長過程中,表面反應決定了薄膜的缺陷分布、雜質(zhì)含量和表面粗糙度。為了制備出滿足器件要求的高質(zhì)量薄膜,深入了解AlN-MOVPE表面反應機理至關重要。本論文利用量子化學的密度泛函理論,針對AlN-MOVPE的三種主要吸附粒子MMAl、DMAlNH_2、Al(NH_2)_3在理想、H覆蓋和NH_2覆蓋的AlN(0001)-Al面(簡稱AlN表面)的吸附和擴散進行計算分析。首先,利用Material Studio建立三種AlN表面的周期性模型,電子交換-關聯(lián)能采用GGA中的PW91方法計算。然后,分別對MMAl、DMAlNH_2、Al(NH_2)_3在三種不同表面的不同吸附位的吸附能、PDOS和Mulliken化學鍵布居進行計算分析,揭示粒子在表面的穩(wěn)定吸附位和成鍵原理;最后,計算吸附粒子在表面的擴散能壘。主要結論如下:(1)比較三種粒子在不同表面的吸附能,發(fā)現(xiàn)在理想AlN表面,含有Al-N鍵的粒子(即DMAlNH_2和Al(NH_2)_3)比只含Al-C鍵的粒子(即MMAl)更容易吸附;在H或NH_2覆蓋的AlN表面則相反。說明富Al表面有助于含有Al-N鍵的粒子的吸附,富H和富NH_2表面對Al-N鍵的吸附有抑制作用。(2)MMAl在三種表面的吸附均為分子吸附,且均吸附在表面對稱性較高的H3位和T4位(在理想表面也可吸附在Br位和Top位);DMAlNH_2在H和NH_2覆蓋的AlN表面均為分子吸附,但在理想表面很容易發(fā)生分解吸附;Al(NH_2)_3在三種表面的吸附均為分子吸附。(3)在H覆蓋的AlN表面,DMAlNH_2和Al(NH_2)_3均可能吸引一個表面H形成-NH_3分子團,使得表面H覆蓋度由1ML變?yōu)?.75ML。說明,DMAlNH_2和Al(NH_2)_3的吸附均傾向于形成0.75ML的H覆蓋表面。(4)針對含C粒子在三種表面的吸附,發(fā)現(xiàn)MMAl單獨吸附時,C原子均不參與表面成鍵。DMAlNH_2在H或NH_2覆蓋表面吸附時,C原子同樣不參與成鍵。但在理想表面,DMAlNH_2中的一個Al-C鍵可能會發(fā)生斷裂,分解出的CH_3吸附到表面Al原子上。(5)MMAl在理想AlN表面的擴散能壘明顯小于DMAlNH_2和Al(NH_2)_3的擴散能壘,說明富Al表面有利于MMAl的擴散。MMAl在NH_2覆蓋的AlN表面上的擴散能壘則明顯高于另外兩個表面,說明富NH_2表面抑制僅含Al-C鍵的粒子的擴散。DMAlNH_2和Al(NH_2)_3在三種表面的擴散能壘由大到小依次為:理想表面、NH_2覆蓋表面、H覆蓋表面,說明富Al表面對含Al-N鍵的粒子的擴散最不利,其次是富NH_2表面,而富H表面有助于它們的擴散。
【圖文】：

晶體屬于六方晶系，以 N（Al）原原子構成的四面體空隙中。具體結則的四面體，即圖 1.1 中的黑色線最近鄰的 3 個 N 原子或 Al 原子形成相等，，夾角為 120 ，基矢 c 垂直于

E 生長 AlN 薄膜的過程主要包括 4 個步驟，如圖 1.2 所示：載氣（H2/N2）攜帶源氣體如 Al(CH3)3（即 TMAl）、NH3流上方的流速、溫度和濃度邊界層內(nèi)；內(nèi)氣體在邊界層內(nèi)被加熱，發(fā)生熱解、加合等氣相反應，有害的納米粒子；過對流和濃度擴散，反應前體到達襯底表面，發(fā)生表面吸表面擴散到達晶格位的粒子并入晶格促進薄膜生長；從表面解吸的粒子和氣相中的副產(chǎn)物（CH4、H2等）通過對氣流，最后被排出反應室。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN304

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 李煒;陳俊芳;王騰;張洪賓;郭超峰;;Si表面吸附GaN的第一性原理研究[J];材料導報;2009年16期

2 李新華,朱龍觀,俞慶森;Mulliken布居對鍵強度判斷的經(jīng)驗修正[J];高等學�；瘜W學報;2000年07期

相關博士學位論文 前1條

1 耶紅剛;AlN等半導體表面結構與電子性質(zhì)的第一性原理研究[D];西安交通大學;2011年

相關碩士學位論文 前1條

1 唐斌龍;MOVPE生長GaN的表面吸附和擴散研究[D];江蘇大學;2017年

本文編號：2591744