AlN是一種直接帶隙寬禁帶半導體,禁帶寬度為6.02 e V,是制作深紫外光電器件的理想材料。此外AlN與Ga N具有十分相近的晶格常數(shù)和幾乎一致的熱膨脹系數(shù),是一種良好的Ga N基材料的外延襯底材料。然而由于目前缺乏大尺寸、高質量的AlN單晶,限制了高Al組分Ga N基材料的廣泛應用。獲得大尺寸的AlN單晶主要有兩種生長技術路徑:1.采用AlN籽晶進行自籽晶擴徑生長;2.采用Si C異質籽晶進行晶體生長。采用自籽晶擴徑生長的優(yōu)勢是生長的晶體質量高;缺點是擴徑速度慢,難以獲得大尺寸晶體。而異質籽晶生長的優(yōu)勢是可以利用大尺寸的Si C籽晶通過異質外延獲得大尺寸的AlN模板籽晶,并可進行后續(xù)的迭代生長;缺點是獲得的AlN晶體中Si、C雜質含量較高,晶體質量較差,需要不斷迭代生長提高晶體質量。目前,在缺少大尺寸AlN襯底的情況下,采用在Si C異質籽晶上外延生長獲得大尺寸AlN單晶模板作為籽晶進行迭代生長,有望較快獲得大尺寸的AlN籽晶。同時,這個技術路線充分結合了兩種籽晶技術的優(yōu)勢,有望研制出高質量、大尺寸的AlN單晶。本論文基于上述研究思路,采用了AlN自籽晶和Si C異質籽晶兩種生長技...

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【學位級別】：博士

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摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 氮化鋁的基本性質
        1.1.1 氮化鋁的晶體結構
        1.1.2 氮化鋁晶體的性質
    1.2 氮化鋁材料的生長方法
        1.2.1 氮化鋁粉末的制備方法
        1.2.2 金屬鋁直接氮化法
        1.2.3 液相生長法(LPE)
        1.2.4 氫化物氣相外延法(HVPE)
        1.2.5 物理氣相傳輸法(PVT)
    1.3 PVT法生長氮化鋁單晶的研究進展
        1.3.1 自發(fā)形核生長氮化鋁單晶
        1.3.2 碳化硅異質籽晶生長氮化鋁單晶
        1.3.3 氮化鋁自籽晶生長氮化鋁單晶
    1.4 氮化鋁晶體的研究現(xiàn)狀
        1.4.1 Crystal IS公司和倫斯勒理工學院
        1.4.2 Hexa TechInc公司和北卡羅萊納州立大學
        1.4.3 Nitride Crystal公司和俄羅斯研究團隊
        1.4.4 Cryst Al-N公司和埃爾朗根大學
        1.4.5 Nitride Solution公司和堪薩斯州立大學
    1.5 氮化鋁晶體的生長技術和生長機理研究意義
    1.6 論文的研究思路和主要研究內容
第2章 氮化鋁晶體的生長設備和表征方法
    2.1 氮化鋁晶體生長設備簡介
    2.2 氮化鋁晶體的表征方法
        2.2.1 X射線衍射
        2.2.2 光學顯微鏡
        2.2.3 掃描電子顯微鏡 (黃新民和解挺,2006)
        2.2.4 X射線光電子能譜儀 (黃新民和解挺,2006)
        2.2.5 拉曼光譜
第3章 氮化鋁晶體基礎生長工藝的優(yōu)化
    3.1 新型TaC坩堝的設計與制備
    3.2 原料提純工藝的改進
    3.3 反向溫場的設計
    3.4 本章小結
第4章 自籽晶生長氮化鋁晶體及摻雜研究
    4.1 優(yōu)化自籽晶生長氮化鋁晶體的生長溫度
    4.2 生長溫度對氮化鋁晶體特征的影響規(guī)律
        4.2.1 (11-22)面籽晶上的AlN生長規(guī)律
        4.2.2 (000-1)面籽晶上的AlN生長規(guī)律
    4.3 晶體擴徑生長的輔件優(yōu)化設計
    4.4 P型摻雜的AlN晶體及其特征
        4.4.1 Be:O共摻AlN的 p型特征
        4.4.2 Be:O共摻AlN的磁性特性
    4.5 本章小結
第5章 碳化硅異質籽晶上生長氮化鋁晶體的機制研究
    5.1 引言
    5.2 SiC籽晶粘接工藝探索
    5.3 SiC籽晶上生長AlN晶體的生長機理研究
        5.3.1 實驗過程
        5.3.2 實驗結果與分析
    5.4 SiC籽晶上生長大尺寸AlN單晶
        5.4.1 溫度梯度的調控
        5.4.2 實驗驗證最優(yōu)化的AlN晶體生長條件
    5.5 本章小結
第6章 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
參考文獻
致謝
作者簡歷及攻讀學位期間發(fā)表的學術論文與研究成果



本文編號：3815879