【摘要】：以氮化鋁(AlN)和氮化鎵(GaN)為研究熱點(diǎn)的Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體具有優(yōu)異的光電性能和寬廣的可調(diào)控帶隙,其在照明顯示、高頻高功率電力電子器件、光存儲(chǔ)、通訊、能源等領(lǐng)域擁有巨大的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。高性能的半導(dǎo)體器件依賴于高質(zhì)量的半導(dǎo)體晶元。目前,氮化鋁和氮化鎵晶元主要通過(guò)藍(lán)寶石襯底上異質(zhì)外延制備。在傳統(tǒng)的外延生長(zhǎng)過(guò)程中,如何解決外延層與襯底之間的晶格失配與熱失配成為研究的重點(diǎn)。近年來(lái),石墨烯等一系列二維材料的出現(xiàn),為氮化鋁和氮化鎵的生長(zhǎng)制備提供了新的思路。由于石墨烯二維材料表面缺少懸掛鍵,利用石墨烯作為襯底外延氮化鋁和氮化鎵,外延層與石墨烯之間通過(guò)弱的范德華力接觸,不僅可以克服晶格失配的影響,有望提高晶體質(zhì)量,而且石墨烯和外延層能輕松剝離,從而降低制備成本。同時(shí),氮化鋁氮化鎵與石墨烯的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)柔性器件的制作,將其應(yīng)用領(lǐng)域拓寬至可折疊設(shè)備、可穿戴設(shè)備等。本實(shí)驗(yàn)研究中,石墨烯上氮化鎵氮化鋁的外延制備借鑒了傳統(tǒng)的兩步生長(zhǎng)法。第一步,低溫生長(zhǎng)緩沖層;第二步,高溫生長(zhǎng)連續(xù)薄膜。緩沖層的作用就是為后續(xù)連續(xù)薄膜的生長(zhǎng)提供成核中心,它直接影響了外延層的晶體質(zhì)量,也決定著器件結(jié)構(gòu)功能的正常發(fā)揮。因此,有必要深入的研究石墨烯上氮化鎵氮化鋁的生長(zhǎng)過(guò)程,尤其是緩沖層的生長(zhǎng)。在具體實(shí)驗(yàn)中,主要選用石墨烯/碳化硅復(fù)合襯底,也初步嘗試使用PECVD石墨烯作為襯底,并利用掃描電子顯微鏡(SEM)、拉曼光譜(Raman)、光致發(fā)光光譜(PL)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)等表征手段對(duì)得到的緩沖層及外延層進(jìn)行了分析研究。并且,通過(guò)自組裝的方式在石墨烯上制備了無(wú)熒光粉多波段發(fā)光GaN基LED,詳細(xì)分析了其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及多波段發(fā)光的機(jī)理。
【圖文】：

晶體質(zhì)量已經(jīng)可以滿足當(dāng)前器件的需要。而，在異質(zhì)外延過(guò)程中，襯底與外延層之間的晶格失配和熱失配難以克較大的內(nèi)部應(yīng)力，產(chǎn)生位錯(cuò)甚至裂紋。在制作柔性器件時(shí)，需要將半導(dǎo)并與柔性襯底結(jié)合，雖然可以使用激光剝離和化學(xué)腐蝕剝離，但無(wú)疑會(huì)此需要新的技術(shù)解決上述問(wèn)題。化鎵氮化鋁的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)及制備方法aN、AlN 的結(jié)構(gòu)aN 和 AlN 同屬Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體，因此有著基本相同的晶體結(jié)構(gòu)。它鍵化合而成，但由于 Ga、Al 與 N 之間的電負(fù)性差別比較大，所以其化相當(dāng)大的離子鍵成分。GaN、AlN 存在三種晶體結(jié)構(gòu)：（1）纖鋅礦型（鋅礦型（β 相）；（3）巖鹽礦型，通過(guò)外延生長(zhǎng)得到的主要是前兩種

石墨烯上氮化物半導(dǎo)體的生長(zhǎng)及緩沖層研究 第一章圖 1-1 給出了纖鋅礦型和閃鋅礦型晶體的原子結(jié)構(gòu)示意圖，其中較大的圓球代表 Ga、Al 原子，較小的圓球表示 N 原子。纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)屬六方晶系，由兩套六方密堆積結(jié)構(gòu)沿[0001]方向（c 向）套構(gòu)而成，閃鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)屬立方晶系，由兩套面心立方結(jié)構(gòu)沿[111]方向套構(gòu)而成，兩種結(jié)構(gòu)基本類似。以 GaN 為例做具體討論，六方GaN[0001]向與立方 GaN[111]晶體取向相同（GaN[0001]h%QGaN[111]c），每個(gè) Ga(N)原子周圍都 4 個(gè) N（Ga）原子與之配位并以 sp3雜化的方式形成四面體結(jié)構(gòu)，本質(zhì)的區(qū)別在于六方 GaN 的原子層堆垛順序是 ABABAB…，而立方 GaN 的原子層堆垛順序是 ABCABC…，如圖 1-2 所示。一般而言，纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)為熱力學(xué)穩(wěn)定相，，而閃鋅礦型是亞穩(wěn)態(tài)，借助特定的襯底，如 GaAs（100），可以生長(zhǎng)閃鋅礦型 GaN。不同的晶體結(jié)構(gòu)決定了晶體不同的物理化學(xué)性質(zhì)，本論文將只討論纖鋅礦型氮化物半導(dǎo)體。
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O649

【參考文獻(xiàn)】

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1 王軍喜;閆建昌;郭亞楠;張韻;田迎冬;朱邵歆;陳翔;孫莉莉;李晉閩;;氮化物深紫外LED研究新進(jìn)展[J];中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2015年06期

2 徐秀娟;秦金貴;李振;;石墨烯研究進(jìn)展[J];化學(xué)進(jìn)展;2009年12期

本文編號(hào)：2635172