近年來,GaN基半導(dǎo)體材料由于具有寬禁帶、高擊穿電壓和高載流子遷移率等優(yōu)異性能而被廣泛應(yīng)用于光電子和功率器件。目前商業(yè)化使用的一般為沿[0001]方向生長(zhǎng)的極性面c面GaN基材料,但是自發(fā)極化和壓電極化電場(chǎng)的存在導(dǎo)致器件性能的進(jìn)一步發(fā)展受到了阻礙。如在c面GaN基發(fā)光二極管中,極化電場(chǎng)引起的量子限制斯塔克效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致電子和空穴波函數(shù)分離,從而降低輻射復(fù)合效率,尤其在長(zhǎng)波段-綠光光電子器件中,其發(fā)光效率會(huì)大大降低;此外,在AlGaN/GaN高電子遷移率器件中,極化電場(chǎng)引起的二維電子氣會(huì)阻礙增強(qiáng)型器件的發(fā)展。因此,為了徹底消除極化效應(yīng),非極性面GaN吸引了越來越多的關(guān)注。在本論文中,我們提出了一種在微納尺寸圖形襯底上直接外延高質(zhì)量非極性a面GaN的方法,主要研究?jī)?nèi)容如下:1.利用紫外光刻技術(shù)和激光干涉曝光技術(shù)在r面藍(lán)寶石襯底上分別制備了微米和納米尺寸的SiO₂孔陣圖形。其中激光干涉曝光技術(shù)中主要利用納米孔陣圖形的轉(zhuǎn)移。由于藍(lán)寶石的透光性,需要蒸鍍一層金屬鉻Cr才能得到形狀規(guī)則,大小均一的孔陣,金屬的選擇需要滿足圖形轉(zhuǎn)移過程中的選擇比,保證圖形精確的轉(zhuǎn)移;采用濕法腐蝕Si... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：136 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 Ⅲ族氮化物的基本性質(zhì)
        1.2.1 晶體結(jié)構(gòu)
        1.2.2 能帶結(jié)構(gòu)
    1.3 極化效應(yīng)
        1.3.1 自發(fā)極化
        1.3.2 壓電極化
        1.3.3 極化效應(yīng)的影響
    1.4 非極性a面 GaN
        1.4.1 非極性a面 GaN發(fā)展歷史
        1.4.2 面內(nèi)各向異性
        1.4.3 GaN中的缺陷
        1.4.4 存在問題與挑戰(zhàn)
    1.5 側(cè)向外延生長(zhǎng)GaN技術(shù)
        1.5.1 有掩模的ELO
        1.5.2 無掩模的ELO
    1.6 本論文的安排
第2章 生長(zhǎng)設(shè)備和測(cè)試方法
    2.1 MOCVD簡(jiǎn)介
        2.1.1 引言
        2.1.2 MOCVD設(shè)備結(jié)構(gòu)
        2.1.3 AIXTRON2400 G3 HT設(shè)備簡(jiǎn)介
        2.1.4 MOCVD外延生長(zhǎng)機(jī)制
    2.2 測(cè)試方法簡(jiǎn)介
        2.2.1 高分辨X射線衍射儀(HRXRD)
        2.2.2 光致熒光測(cè)試系統(tǒng)
        2.2.3 原子力顯微鏡(AFM)
        2.2.4 掃描電子顯微鏡
        2.2.5 拉曼光譜
    2.3 本章小結(jié)
第3章 微納尺寸圖形襯底工藝
    3.1 光刻技術(shù)簡(jiǎn)介
    3.2 微米尺寸圖形襯底制備
        3.2.1 傳統(tǒng)紫外曝光技術(shù)
        3.2.2 工藝流程及表征
    3.3 納米尺寸圖形襯底制備
        3.3.1 激光干涉光刻技術(shù)
        3.3.2 光刻膠的選擇
        3.3.3 工藝流程及表征
    3.4 刻蝕技術(shù)
        3.4.1 濕法腐蝕
        3.4.2 反應(yīng)離子刻蝕
        3.4.3 Cr金屬層的作用
        3.4.4 濕法腐蝕SiO_2速率影響因素
    3.5 本章小結(jié)
第4章 圖形襯底上外延a面 GaN
    4.1 研究現(xiàn)狀
    4.2 生長(zhǎng)過程
        4.2.1 AlN浸潤(rùn)層的作用
        4.2.2 GaN形貌表征
    4.3 各向異性的分析
        4.3.1 X射線衍射分析
        4.3.2 拉曼光譜分析
    4.4 層錯(cuò)密度的表征
        4.4.1 Modified W-H分析
        4.4.2 低溫PL表征
    4.5 本章小結(jié)
第5章 a-GaN小島形貌異常的研究
    5.1 引言
    5.2 生長(zhǎng)過程
    5.3 生長(zhǎng)條件對(duì)小島形貌的影響
        5.3.1 AlN浸潤(rùn)層
        5.3.2 壓力
        5.3.3 Ⅴ/Ⅲ比
        5.3.4 溫度
        5.3.5 腐蝕形貌
    5.4 一次外延和二次外延對(duì)比
        5.4.1 小島形貌
        5.4.2 晶體質(zhì)量
    5.5 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)歷及攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]石英濕法腐蝕及側(cè)壁晶棱修平工藝研究[J]. 王浩旭,謝立強(qiáng),吳學(xué)忠,李圣怡.  傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2009(12)
[2]Ar/CHF3反應(yīng)離子束刻蝕SiO2的研究[J]. 王一鳴,熊瑛,劉剛,田揚(yáng)超.  微細(xì)加工技術(shù). 2005(03)
[3]石英玻璃與HF酸反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究[J]. 蘇英,周永恒,黃武,顧真安.  硅酸鹽學(xué)報(bào). 2004(03)
[4]反應(yīng)離子刻蝕工藝因素研究[J]. 張錦,馮伯儒,杜春雷,王永茹,周禮書,侯德勝,林大鍵.  光電工程. 1997(S1)



本文編號(hào)：3185515