氮化鎵（GaN）體單晶為制作高性能GaN基器件提供高質(zhì)量、大尺寸、任意取向的單晶襯底材料。氨熱法由于具有近熱力學平衡條件下生長、易規(guī)模放大等優(yōu)點,被認為是一種能夠?qū)崿F(xiàn)GaN體單晶產(chǎn)業(yè)化的生長技術。本論文圍繞氨熱法生長GaN體單晶設備及晶體生長特性展開研究,采用自主搭建的氨熱生長系統(tǒng),優(yōu)選礦化劑,獲得了高質(zhì)量GaN體單晶,并研究了不同極性面籽晶生長特性,主要研究內(nèi)容如下:1、自主搭建氨熱生長系統(tǒng)。該系統(tǒng)生長溫度能夠達到600℃,生長壓力可以達到300MPa,并通過計算模擬和實驗相結合,設計了擋板開孔率及籽晶架結構,優(yōu)化了高壓釜內(nèi)部溫場、流場。系統(tǒng)壓力偏差低至0.5MPa/d,驗證了設備的穩(wěn)定性和可靠性。本工作為氨熱法法生長GaN體單晶的研究,提供了可靠的保障。2、礦化劑優(yōu)選及點缺陷研究。探索了酸性礦化劑NH4Cl生長GaN體單晶及其存在的對高壓釜腐蝕問題。研究了添加堿性礦化劑KNH2生長GaN體單晶,經(jīng)過實驗條件的優(yōu)化,實現(xiàn)了高質(zhì)量c面、非極性和半極性面GaN體單晶的生長,并研究了添加半密封內(nèi)襯及退火處理對點缺陷的影響。添加半封閉內(nèi)襯研究結果表明,短周期生長過程中,添加半封閉內(nèi)襯有效降低... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：106 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 Ⅲ族氮化物材料及器件的研究意義
    1.2 GaN材料的特性
    1.3 GaN單晶襯底的優(yōu)勢
    1.4 GaN體單晶生長技術難點
    1.5 論文研究思路及主要工作
第2章 GaN體單晶生長技術及測試方法
    2.1 HVPE法生長技術
        2.1.1 HVPE法技術特點
        2.1.2 HVPE法生長GaN體單晶的進展
    2.2 高壓溶液法生長技術
        2.2.1 高壓溶液法技術特點
        2.2.2 高壓溶液法生長GaN體單晶進展
    2.3 助熔劑法生長技術
        2.3.1 助熔劑法技術特點
        2.3.2 助熔劑法生長GaN體單晶進展
    2.4 氨熱法生長技術
        2.4.1 氨熱法技術特點
        2.4.2 氨熱法生長GaN體單晶進展
    2.5 GaN體單晶不同生長方法對比
    2.6 材料表征方法
    2.7 本章小結
第3章 氨熱法生長系統(tǒng)搭建與GaN體單晶生長探索
    3.1 氨熱法設備國際發(fā)展現(xiàn)狀
    3.2 氨熱法GaN體單晶生長設備研制
    3.3 氨熱法生長過程的溫場、流場模擬
    3.4 設備壓力穩(wěn)定性驗證
    3.5 氨熱法生長GaN的熱力學過程
    3.6 氨熱法生長GaN的礦化劑優(yōu)選
        3.6.1 酸性礦化劑探索
        3.6.2 堿性礦化劑KNH_2
        3.6.3 KNH2礦化劑體系生長GaN體單晶
        3.6.4 氨熱法GaN體單晶點缺陷研究
    3.7 本章小結
第4章 氨熱法GaN體單晶生長習性研究
    4.1 引言
    4.2 實驗方法
    4.3 實驗結果與分析
    4.4 本章小結
第5章 氨熱法GaN體單晶應力分布研究
    5.1 引言
    5.2 實驗方法
    5.3 實驗結果與分析
    5.4 本章小結
第6章 氨熱法GaN體單晶側向生長研究
    6.1 引言
    6.2 氨熱法GaN側向生長應用
    6.3 側向生長區(qū)域的雜質(zhì)濃度分布及其影響
    6.4 實驗方法
    6.5 實驗結果與分析
    6.6 本章小結
第7章 全文總結及展望
    7.1 全文總結
    7.2 展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的其他研究成果



本文編號：3188937