非極性氮化鎵（GaN）材料因其能夠完全避免極化電場(chǎng)的影響,在光電子和電子器件方面展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。由于目前大尺寸GaN襯底的制備還存在很大的困難,所以主要的研究工作集中于在藍(lán)寶石、碳化硅等其他襯底上外延GaN薄膜。然而異質(zhì)外延的非極性GaN普遍存在表面形貌差、缺陷密度高以及晶體質(zhì)量各向異性等問(wèn)題,它們嚴(yán)重限制了非極性GaN材料的應(yīng)用。本論文針對(duì)以上問(wèn)題,一方面提出了一種新的側(cè)向外延的生長(zhǎng)方法,即通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）技術(shù)在圖形化的r面藍(lán)寶石襯底上直接生長(zhǎng)a面GaN;另一方面,系統(tǒng)研究了氮化鋁（AlN）成核層生長(zhǎng)條件對(duì)a面GaN的影響,并且探究了這些影響背后的機(jī)制。具體的研究?jī)?nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:1.針對(duì)傳統(tǒng)側(cè)向外延生長(zhǎng)方法工藝過(guò)程復(fù)雜、合并厚度大的缺點(diǎn),我們提出了在鈦圖形化的r面藍(lán)寶石襯底上直接外延非極性a面GaN的生長(zhǎng)方法。首先在r面藍(lán)寶石襯底上制作一層金屬鈦的孔陣掩膜,然后在孔內(nèi)選擇性外延GaN,最終得到平整的a面GaN薄膜。相比平片,鈦圖形化襯底上生長(zhǎng)的GaN不但表面質(zhì)量和晶體質(zhì)量有了較大的提高,而且其各向異性也得到了顯著降低。通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）、非... 

【文章來(lái)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(yè)數(shù)】：106 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

閃鋅礦(a)和纖鋅礦(b)GaN的晶體結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的Ga、N原子面堆垛次序，其中較大的紅球表示Ga原子，較小的白球表示N原子Figure1.1Thecrystalstructureofsphalerite(a)andwurtzite(b)GaNandthecorresponding

圖 1.2 閃鋅礦結(jié)構(gòu)(a)和纖鋅礦結(jié)構(gòu)(b) GaN 的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度(DOS)[21]igure 1.2 Sphalerite structure (a) and wurtzite structure (b) GaN band structure and denof states (DOS)[21]GaN 的基本特性參數(shù)如表 1.1 所示，和第一代半導(dǎo)體 Si 和第二代半As 相比，GaN 材料具有更大的禁帶寬度、更高的電子飽和漂移速度、擊以及熱導(dǎo)率[22]，因此以 GaN 為代表的第三代半導(dǎo)體材料特別適用于制作高功率器件。值得注意的是，由于 GaN 材料的熔點(diǎn)特別高，所以不能用傳備 Si 和 GaAs 單晶的方法生長(zhǎng)，目前比較成熟的技術(shù)是采用 HVPE 的方單晶 GaN 襯底，但其生長(zhǎng)尺寸和生長(zhǎng)效率還遠(yuǎn)達(dá)不到應(yīng)用的需求。此外，料的化學(xué)性質(zhì)也非常穩(wěn)定，在室溫下，它不溶于酸、堿和水，僅在加熱的

非極性 a 面 GaN 材料外延的成核過(guò)程及選區(qū)生長(zhǎng)研究電子晶體管(HEMT)、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M晶體管(HBT)和肖特基二極管(SBD)等等[26-28]。下面主

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Effect of the thickness of InGaN interlayer on a-plane GaN epilayer[J]. 王建霞,汪連山,張謙,孟祥岳,楊少延,趙桂娟,李輝杰,魏鴻源,王占國(guó).  Chinese Physics B. 2015(02)
[2]r面藍(lán)寶石襯底上采用兩步AlN緩沖層法外延生長(zhǎng)a面GaN薄膜及應(yīng)力研究[J]. 顏建鋒,張潔,郭麗偉,朱學(xué)亮,彭銘曾,賈海強(qiáng),陳弘,周均銘.  半導(dǎo)體學(xué)報(bào). 2007(10)



本文編號(hào)：3511535