优秀研究生学位论文题录展示

蓝宝石衬底MOCVD横向外延过生长GaN薄膜的研究

专 业: 材料物理与化学
关键词: 蓝宝石衬底 MOCVD 横向外延 生长 GaN
分类号: TN3  O48
形 态: 共 66 页 约 43,230 个字 约 2.068 M内容
阅 读: 全文阅读说明

内容摘要


本文在经过预处理的蓝宝石衬底上,利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)无掩模横向外延生长GaN 薄膜。

并与同样生长条件下,在未经腐蚀预处理的蓝宝石衬底上外延的GaN 薄膜进行对比测试。

采用X 射线双晶衍射技术、原子力显微技术、湿法腐蚀及扫描电子显微镜技术,进行测试分析,结果表明,经过腐蚀预处理的GaN 衍射峰的半峰宽及强度、表面平整度、腐蚀坑密度都明显优于未经腐蚀预处理的GaN 薄膜,使原有生长条件下GaN薄膜位错密度下降50%。

从晶体结构和生长机制分析外延层质量提高的原因,是由于在缺陷集中的腐蚀坑位置,没有在凹坑上方直接外延,这样就阻止了蓝宝石衬底中大量位错在外延过程中的延伸;同时在没有腐蚀坑处,其本身不是缺陷集中的位置,在随后的横向外延生长过程中,向上延伸的部分位错线会弯曲90°,使其不能到达薄膜表面,这样可以大大降低位错密度。

此外腐蚀坑的中空结构可以释放应力,提高外延层的质量。

在无掩模横向外延工艺的基础上,进一步研究各生长条件的改变对提高GaN 外延层质量的影响。

利用激光反射在位监测方法,发现增加缓冲层的生长压力会增大缓冲层生长速率,但对高温GaN 外延层影响不大。

对缓冲层生长厚度、多缓冲层结构(低温缓冲层、中温缓冲层)及改变Ⅴ/Ⅲ比等因素对GaN 薄膜质量的影响展开研究,发现增加缓冲层厚度、多缓冲层结构可以有效地降低位错密度、提高薄膜质量,其中通过中温插入层结构实验获得了质量最好的GaN 外延层。

在信息技术的各个领域中,以半导体材料为基础制作的各种各样的器件,在人们的生活中几乎无所不及,不断地改变着人们的生活方式、思维方式,提高了人们的生活质量,促进了人类社会的文明进步。

它们可用作信息传输,信息存储,信息探测,激光与光学显示,各种控制等等。

因此,在半导体技术发展过程中,材料科学所取得的成就至关重要。

第一代半导体材料为元素半导体:

锗和硅。

锗是最早实现提纯和完美晶体生长,并最早用来制造晶体管的半导体材料。

但是,由于锗的禁带较窄,锗器件的稳定工作温度不如硅器件高,加之资源有限,其重要地位早在半导体工业发展初期就被硅所取代。

到目前为止,二极管、晶体管和集成电路的制造,仍然是半导体工业的核心内容,而硅是制造这些器件的最主要材料。

第二代为化合物半导体。

化合物半导体大多是由元素周期表中间部分的某两种或两种以上元素化合而成的,其中砷化镓和磷化镓是研究最为深入、应用也最广泛的化合物半导体。

与硅相比,砷化镓的禁带稍宽一点,有利于制作需要在较高温度下工作的器件,但其热导率较低,不适于制作电力电子器件。

砷化镓的另一特性是其电子迁移率很高,为硅中电子迁移率的5倍。

因此,砷化镓晶体管和集成电路有较高的工作频率。

目前,砷化镓集成电路已开始应用于军事设施。

激光器、探测器、高速器件和微波二极管是砷化镓在当前最成熟的一些应用1,2.第三代为宽禁带半导体材料,主要包括碳化硅(SiC)、金刚石和氮化镓(GaN)等。

同第一、第二代材料相比,宽禁带半导体材料具有禁带宽度大(Eg>2.3 eV),电子漂移饱和速度高,介电常数小、热导性能好等特点,非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件;而利用其特有的禁带宽度,还可以制作蓝、绿光和紫外光器件和光探测器件。

GaN已成为第三代半导体材料的曙光,尤其是进入90年代以后,GaN基器件的发展十分迅速。

1991年,研制成功掺Mg的GaN同质结蓝光LED;1993年,将蓝光发光亮度提高到1cd;1995年达到2 cd,并于同年实现绿光LED的商品化,其亮度达到6 cd;1998年,APA光学公司推出世界上第一个商品化的GaN基UV探测器系列,同传统的Si探测器相比,GaN探测器在可见光范围内的工作要有效得多,而且可以在300℃的高温环境中工作。

第三代半导体器件由于它们的独特的优点,在国防建设和国民经济上均有很重要的应用3..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
第二章 GaN 薄膜的生长机理与影响因素
第三章 实验过程和分析技术
第四章 蓝宝石衬底上横向外延过生长GaN 薄膜
第五章 蓝宝石衬底上外延GaN 薄膜生长工艺的研究
第六章 结论
参考文献

相似论文

  1. 钛基和铌基半导体光催化剂的制备及其性能研究,86 页,TN304
  2. 铝镓氮半导体薄膜制备及场发射性能研究,66 页,TN304.055 TB383
  3. Co,Cu掺杂ZnO稀磁半导体粉末的结构及磁性研究,64 页,TN304.21
  4. Sn及SnPb薄膜表面锡须生长研究,57 页,TN304.055
  5. Mn掺杂Ⅳ族半导体的研究,69 页,TN304.7 TN304.01
  6. 有序CdS纳米结构的可控制备及性能研究,118页,TN304.52 TN15
  7. 直拉单晶硅的晶体生长及缺陷研究,143页,TN304.12
  8. 富硅氮化硅和纳米硅多层量子阱硅基发光薄膜与器件,192页,TN383 TB383
  9. 垂直构型有机光敏场效应晶体管的研究,53 页,TN386
  10. 量子级联激光器材料生长及器件制作,87页,TN244
  11. InP基半导体量子点、量子线的分子束外延生长、表征及生长机理研究,72页,TN304.4
  12. 掺稀土GaN薄膜的结构与光电特性的研究,97页,TN304.055
  13. 利用掺锗的重掺硼硅衬底生长无失配位错的p/p~+硅外延片,83页,TN304.12
  14. P型透明导电二氧化锡薄膜的制备及性能研究,75页,TN304.05
  15. 硅衬底ZnO半导体材料生长及GaN/Si白光LED老化研究,93页,TN304.21 TN304.055
  16. TbFe磁致伸缩薄膜制备及性能研究,55页,TN304.055 O484
  17. TiO<,2>-Cu<,2>O纳米复合膜的制备、性质研究及其应用,54页,TN304.1 TN304.055
  18. 电子束蒸发非晶硅薄膜的改性和研究,50页,TN304.055
  19. 红外热探测器的计算机模拟及其软件设计,84页,TN215
  20. 半导体发光二极管正向电学和发光特性的实验研究,71页,TN312.8
中图分类: > TN3 > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术
其他分类: > O48 > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学

© 2012 book.hzu.edu.cn