【摘要】：GaN作為第三代半導體材料,具有直接帶隙寬、熱導率高、飽和電子速率高、化學性質(zhì)穩(wěn)定等諸多優(yōu)異特性。這些特性在藍綠波段的LED器件、紫外探測器、外空間和海底通訊等領(lǐng)域有著廣泛的應用前景。本文基于計算流體動力學原理,采用有限元分析軟件對自行設計的立式HVPE生長GaN材料系統(tǒng)進行了數(shù)值模擬研究。該研究主要側(cè)重于重力、襯底與入氣口之間的距離、反應氣體與非反應氣體的流速、反應氣體的質(zhì)量分數(shù)等因素對GaN的沉積速率和均勻性的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):(1)為了使GaN的生長速率提高,均勻性較好,結(jié)合實際情況,選擇襯底與氣體入口距離為50mm的反應器;(2)通過改變氣體流速與重力的方向發(fā)現(xiàn),當流速與重力方向相同時,GaN的沉積速率最高,但是沉積的均勻性卻最差,因此該研究選擇氣體流速與重力方向相反的HVPE反應器;(3)通過改變反應氣體GaCl/N2與NH3/N2流速可以發(fā)現(xiàn),當保持NH3/N2流速不變的情況下,增大GaCl/N2的流速,GaN的沉積速率上升,但是均勻性出現(xiàn)了先升后降的現(xiàn)象;(4)在保持GaCl/N2流速不變的情況下,增大NH3/N2的流速,GaN的沉積速率與均勻性均出現(xiàn)了先升后降的趨勢;(5)改變非反應氣體的流速來觀測GaN的沉積速率與均勻性。增大N2(隔離氣)的流速,發(fā)現(xiàn)GaN的沉積速率出現(xiàn)先升后降的現(xiàn)象,而均勻性卻變化不大;(6)增大N2(載氣)的流速時,GaN的沉積速率與均勻性都呈現(xiàn)先升后降的趨勢;(7)通過增大反應氣體GaCl與NH3的質(zhì)量分數(shù)來看,GaN的沉積速率均出現(xiàn)了不同程度的上升,而均勻性卻隨著GaCl質(zhì)量分數(shù)的提升而下降,隨著NH3質(zhì)量分數(shù)的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。
【學位授予單位】：天津工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN304
【圖文】：

圖１－丨纖鋅礦（Ｗｕｒｔｚｉｔｅ）、閃鋅礦（Ｚｉｎｃ－ｂｌｅｎｄｅ）和巖鹽礦（Ｒｏｃｋ－ｓａｌｔ）型晶體結(jié)逡逑構(gòu)示意圖［｜３］逡逑氮化鎵的晶體結(jié)構(gòu)有三種，如圖１－１所示：六方相的纖鋅礦（Ｗｕｒｔｚｉｔｅ）結(jié)逡逑構(gòu)、立方相的閃鋅礦（Ｚｉｎｃ－ｂｌｅｎｄｅ邋）結(jié)構(gòu)和立方相的巖鹽礦（Ｒｏｃｋ－ｓａｌｔ）結(jié)逡逑構(gòu)。在共價結(jié)合中離子鍵成分占比越高，纖鋅礦結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越好。ＧａＮ具有逡逑較高的離子性，因此閃鋅礦型ＧａＮ屬于亞穩(wěn)態(tài)形式。巖鹽礦型結(jié)構(gòu)屬于高溫逡逑相，據(jù)相關(guān)文獻記載，巖鹽礦型結(jié)構(gòu)存在于５５．３ＧＰａ左右的壓力下，且隨著壓逡逑力的減小能夠促使其向更加穩(wěn)定的纖鋅礦結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化［１３、１４］。逡逑在常溫常壓下，ＧａＮ以對稱的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)存在。每個原胞由四個原子逡逑組成，每個原子體積大約為ＧａＡｓ原子體積的二分之一。當外界環(huán)境發(fā)生改變逡逑時，ＧａＮ從六方相的纖鋅礦結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殚W鋅礦結(jié)構(gòu)，這種閃鋅礦的結(jié)構(gòu)同樣也逡逑是對稱的。這兩種結(jié)構(gòu)的原子層堆積次序不同決定了邋ＧａＮ的六方相纖鋅礦結(jié)構(gòu)逡逑與閃鋅礦結(jié)構(gòu)在電學特性方面的差異。逡逑４逡逑

天津工業(yè)大學碩士學位論文功研制出了具有高響應特性的ＡｌＧａ合金。當ｘ分．６１時，其帶隙波長出現(xiàn)了不同的結(jié)果，分別對應，邋５０ｎｍ。在最近的研宄過程中，對ＧａＮ基紫外光。研究人員發(fā)現(xiàn)ＧａＮ材料的截止波長為３６９ｎｍ，已。利用這一特點ＧａＮ基光探測器可以將更大截止波大大降低了對濾波器的要求，可以更高效精準的在紫目前ＡＰＡ光學公司于１９９８年推出了第一批ＧａＮ光該公司陸續(xù)的研發(fā)出一批具有高性能且可以長時間品。逡逑

單位／ｍｍ逡逑圖４－１立式ＨＶＰＥ系統(tǒng)平面模型逡逑４．邋６本章小結(jié)逡逑本章主要介紹了邋ＨＶＰＥ的系統(tǒng)原理、模擬采用的統(tǒng)御方程等。并在此基礎(chǔ)逡逑上對軟件模擬過程中的－？般性假設做出了設定，設計了生長３英寸ＧａＮ的腔體逡逑結(jié)構(gòu)。逡逑

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