半導技術(shù)在現(xiàn)代信息化社會中發(fā)揮著不可替代的作用。隨著科技的發(fā)展,人們對能在惡劣環(huán)境工作的高耐壓、低損耗、高耐溫、抗輻射的高性能電子器件與深紫外光電子器件的需求越來越迫切。目前,硅基功率半導體已經(jīng)逐漸達到理論極限。以SiC、GaN等為代表的第三代寬禁帶半導體材料及器件經(jīng)過多年的發(fā)展,器件性能已經(jīng)逐漸接近甚至超過硅基功率器件。然而,SiC、GaN體塊單晶生長難度大、成本高,嚴重限制了其產(chǎn)業(yè)化應用的發(fā)展。因此,高性能、低成本的新型寬禁帶半導體材料仍有待探索。β-Ga₂O₃禁帶寬度可達4.7 eV,是一種新型的超寬禁帶半導體材料。相比于第三代半導體,它具有禁帶寬度更大、擊穿場強更高、Baliga品質(zhì)因子更大、吸收截止邊更短、生長成本更低的優(yōu)點,有望成為高壓、大功率、低損耗功率器件和深紫外光電子器件的優(yōu)選材料。近年來,氧化鎵材料及器件的基礎研究與產(chǎn)業(yè)化,呈現(xiàn)出顯著的加速發(fā)展勢頭:單晶尺寸不斷擴大,外延薄膜質(zhì)量不斷提高,器件性能不斷刷新紀錄。2015年及2017年,第一屆和第二屆氧化鎵國際論壇(International Workshop on Gall...

【文章頁數(shù)】：183 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    §1.1 引言
    §1.2 Ga₂O₃晶體簡介
        §1.2.1 結(jié)構(gòu)性質(zhì)
        §1.2.2 光學性質(zhì)
        §1.2.3 電學性質(zhì)
    §1.3 β-Ga₂O₃體塊單晶的生長方法及研究進展
        §1.3.1 光浮區(qū)法
        §1.3.2 提拉法
        §1.3.3 布里奇曼法
        §1.3.4 導模法
    §1.4 β-Ga₂O₃薄膜外延
        1.4.1 MOCVD
        1.4.2 HVPE
        1.4.3 MBE
    §1.5 β-Ga₂O₃器件及應用前景
        §1.5.1 功率器件
        §1.5.2 “日盲”探測
        §1.5.3 高亮度LED
    §1.6 選題的意義、目的和主要研究內(nèi)容
第二章 實驗部分
    §2.1 晶體生長
    §2.2 單晶質(zhì)量
    §2.3 組成與結(jié)構(gòu)
    §2.4 硬度和密度
    §2.5 熱學性質(zhì)
    §2.6 電學性質(zhì)
    §2.7 光學性質(zhì)
    §2.8 半導體器件制作及性能測試
第三章 β-Ga₂O₃單晶的生長、工藝優(yōu)化及物理性質(zhì)表征
    §3.1 引言
    §3.2 提拉法晶體生長
        3.2.1 非定向籽晶生長
        3.2.2 含氧氣氛下定向籽晶生長
        3.2.3 晶體螺旋生長原因分析
    §3.3 導模法晶體生長及工藝優(yōu)化
        3.3.1 晶體生長氣氛
        3.3.2 溫度梯度優(yōu)化
        3.3.3 籽晶收頸及放肩控制
    §3.4 單晶質(zhì)量表征
    §3.5 硬度
    §3.6 熱學性質(zhì)
        3.6.1 比熱
        3.6.2 熱膨脹
        3.6.3 熱擴散系數(shù)和熱導率
    §3.7 電學性質(zhì)
        3.7.1 非故意摻雜β-Ga₂O₃晶體的電學性質(zhì)
        3.7.2 飛行時間(TOF)載流子漂移速度測試
    §3.8 光學性質(zhì)
        3.8.1 透過光譜及其各向異性
        3.8.2 透過光譜與載流子濃度的關(guān)系
        3.8.3 折射率測試
        3.8.4 拉曼光譜
        3.8.5 光致發(fā)光譜
    §3.9 非故意摻雜β-Ga₂O₃載流子來源分析
    §3.10 本章小結(jié)
第四章 β-(Al_xGa_1-x)₂O₃單晶生長及電學性質(zhì)調(diào)控
    §4.1 引言
    §4.2 β-(Al_xGa_1-x)₂O₃及Si摻雜β-(Al_xGa_1-x)₂O₃晶體導模法生長
    §4.3 摻雜濃度與分布
    §4.4 硬度
    §4.5 熱擴散系數(shù)
    §4.6 組分與光學性質(zhì)
        4.6.1 組分與禁帶寬度變化
        4.6.2 拉曼光譜
        4.6.3 光致發(fā)光譜
    §4.7 Si摻雜β-(Al_xGa_1-x)₂O₃晶體電學性質(zhì)
    §4.8 本章小結(jié)
第五章 襯底片加工與表面改性
    §5.1 引言
    §5.2 傳統(tǒng)機械加工
        5.2.1 晶體定向
        5.2.2 晶體切割
    §5.3 襯底片機械剝離及應用
        5.3.1 襯底片機械剝離
        5.3.2 基于剝離襯底的薄膜外延
    §5.4 氣氛退火與表面改性
        5.4.1 純β-β-Ga₂O₃晶體氣氛退火
        5.4.2 Si摻雜β-Ga₂O₃晶體氣氛退火
        5.4.3 Si摻雜β-AlGaO晶體氣氛退火
    §5.5 本章小結(jié)
第六章 基于β-Ga₂O₃及β-AlGaO (100)面單晶襯底的器件探索及性能研究
    §6.1 引言
    §6.2 β-Ga₂O₃MSM型“日盲”探測器制備及性能
        6.2.1 β-Ga₂O₃探測器
        6.2.2 Ti³⁺:β-Ga₂O₃探測器
    §6.3 基于β-Ga₂O₃單晶襯底的肖特基二極管
        6.3.1 Pt/β-Ga₂O₃肖特基二極管制備及性能
        6.3.2 Pt/β-Ga₂O₃肖特基二極管性能優(yōu)化
    §6.4 基于β-AlGaO單晶襯底的肖特基二極管
        6.4.1 Pt/β-AlGaO肖特基二極管制備及性能
        6.4.2 肖特基二極管性能比較
    §6.5 本章小結(jié)
第七章 過渡金屬離子摻雜β-Ga₂O₃單晶及新應用
    §7.1 引言
    §7.2 Cr⁴⁺:β-Ga₂O₃單晶生長、表征及應用
        7.2.1 晶體生長
        7.2.2 光學性質(zhì)
        7.2.3 激光調(diào)Q實驗
    §7.3 Co²⁺:β-Ga₂O₃單晶生長、表征及應用
        7.3.1 晶體生長
        7.3.2 熱學性質(zhì)
        7.3.3 光學性質(zhì)
        7.3.4 激光調(diào)Q實驗
        7.3.5 電學性質(zhì)
    §7.4 Ti³⁺:β-Ga₂O₃單晶生長及性能表征
        7.4.1 晶體生長
        7.4.2 熱學性質(zhì)
        7.4.3 光學性質(zhì)
    §7.5 本章小結(jié)
第八章 總結(jié)與展望
    §8.1 主要結(jié)論
    §8.2 主要創(chuàng)新點
    §8.3 有待深入研究的問題
參考文獻
致謝
攻讀學位期間發(fā)表的論文及專利
攻讀學位期間獲得的獎勵
攻讀學位期間參加的會議
附件
學位論文評閱及答辯情況表



本文編號：3952717