外延氮化镓薄膜用硅纳米图形衬底的制备及评价研究
发布时间：2021-11-06 13:33
氮化镓（GaN）作为典型的第三代宽禁带半导体材料,在光电子器件和电子器件领域具有广泛的应用前景。相比于常用的氮化镓外延用蓝宝石和碳化硅（SiC）衬底,硅衬底更容易实现大尺寸,且具有低成本和良好的导热性与导电性等诸多优势。但由于其与氮化镓薄膜之间存在着较大的晶格失配和热失配,导致难以在硅衬底上原位外延出高质量GaN薄膜。硅图形衬底,是指在硅衬底表面制备具有周期性的图案结构,有望解决这一难题。然而传统制备硅图形衬底的光刻技术成本高昂并且成品率低,大面积的制备较为困难,尤其当图形特征尺寸降低到100nm以下,这个问题尤为突出。基于此,本论文提出一种以多孔阳极氧化铝（AAO）为掩膜,进行干法刻蚀制备硅纳米图形（NPSi）衬底的一种简易方法,并将其应用于外延GaN薄膜质量的评价,以实现低成本、高效率、大面积的硅纳米图形衬底的制备。主要研究内容有:首先利用硅衬底上磁控溅射Al薄膜的直接阳极氧化得到硅衬底AAO掩膜;接着采用感应耦合等离子体（ICP）刻蚀制备硅纳米图形衬底;然后利用原子层沉积（ALD）方法在硅纳米图形衬底上生长三维形貌的ZnO缓冲层;最后,采用脉冲激光沉积（PLD）的方法外延GaN薄...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 Si图形衬底的国内外研究现状
1.2.1 Si图形衬底制备的研究进展
1.2.2 Si图形衬底上外延GaN薄膜的研究进展
1.3 文献综述的简析
1.3.1 Si衬底的图形化
1.3.2 纳米图形化Si衬底的优势
1.4 本文的主要研究内容
第2章 材料的制备与表征方法
2.1 材料的制备方法
2.1.1 Si衬底表面Al薄膜的制备
2.1.2 Si基AAO掩膜的制备
2.1.3 Si纳米图形衬底的制备
2.1.4 ZnO缓冲层的制备
2.1.5 外延GaN薄膜的制备
2.2 材料的表征方法
2.2.1 扫描电子显微镜
2.2.2 原子力显微镜
2.2.3 透射电子显微镜
2.2.4 高分辨X射线衍射仪
2.2.5 光致发光光谱仪
2.2.6 紫外可见分光光度计
2.2.7 显微拉曼光谱仪
第3章 Si基AAO掩膜的制备研究
3.1 引言
3.2 溅射参数对Si衬底表面Al薄膜粗糙度的影响
3.2.1 溅射功率的影响
3.2.2 溅射气压的影响
3.2.3 衬底温度的影响
3.3 Si基AAO掩膜的制备研究
3.3.1 Al的阳极氧化的基本原理
3.3.2 自组装阳极氧化装置
3.3.3 实验结果与分析
3.4 本章小节
第4章 Si纳米图形衬底的ICP刻蚀研究
4.1 引言
4.2 刻蚀气体体系的选择
4.3 BCl_3/Cl_2/Ar刻蚀原理分析
4.4 ICP工艺参数对Si刻蚀速率的影响
4.4.1 Cl_2组分浓度的影响
4.4.2 ICP功率的影响
4.4.3 RF功率的影响
4.4.4 工作气压的影响
4.5 ICP工艺参数对Si刻蚀形貌的影响
4.5.1 Cl_2组分浓度的影响
4.5.2 一步刻蚀时间的影响
4.5.3 刻蚀气压的影响
4.5.4 ICP功率的影响
4.5.5 RF功率的影响
4.6 ICP优化刻蚀参数下制备Si纳米图形衬底
4.6.1 Si纳米图形衬底的可控制备
4.6.2 Si纳米图形衬底的光学性质
4.7 本章小结
第5章 Si纳米图形衬底上原子层沉积ZNO缓冲层研究
5.1 引言
5.2 原子层沉积表面化学
5.2.1 表面吸附作用及吸附动力学
5.2.2 反应窗口温度
5.3 平面Si衬底上原子层沉积ZnO薄膜
5.3.1 ZnO沉积的温度窗口
5.3.2 退火温度对ALD-ZnO薄膜结构和光学性能的影响
5.3.3 退火气氛对ALD-ZnO薄膜结构和光学性能的影响
5.4 Si纳米图形衬底上原子层沉积三维形貌的ZnO薄膜
5.4.1 ALD技术三维沉积ZnO薄膜
5.4.2 Si纳米图形衬底的孔径尺寸对三维ZnO薄膜性能的影响
5.5 本章小结
第6章 Si纳米图形衬底的评价
6.1 引言
6.2 GaN薄膜晶体结构分析
6.3 GaN薄膜晶体质量分析
6.4 GaN薄膜的光学性能分析
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]Thick SU8 microstructures prepared by broadband UV lithography and the applications in MEMS devices[J]. 李东玲,温志渝,尚正国,佘引. Optoelectronics Letters. 2016(03)
[2]溅射气压对直流磁控溅射ZnO:Al薄膜的影响（英文）[J]. 孙可为,周万城,黄珊珊,唐秀凤. 无机材料学报. 2012(10)
博士论文
[1]大功率GaN基LED芯片设计与制造技术研究[D]. 周圣军.上海交通大学 2011
本文编号：3479928
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 Si图形衬底的国内外研究现状
1.2.1 Si图形衬底制备的研究进展
1.2.2 Si图形衬底上外延GaN薄膜的研究进展
1.3 文献综述的简析
1.3.1 Si衬底的图形化
1.3.2 纳米图形化Si衬底的优势
1.4 本文的主要研究内容
第2章 材料的制备与表征方法
2.1 材料的制备方法
2.1.1 Si衬底表面Al薄膜的制备
2.1.2 Si基AAO掩膜的制备
2.1.3 Si纳米图形衬底的制备
2.1.4 ZnO缓冲层的制备
2.1.5 外延GaN薄膜的制备
2.2 材料的表征方法
2.2.1 扫描电子显微镜
2.2.2 原子力显微镜
2.2.3 透射电子显微镜
2.2.4 高分辨X射线衍射仪
2.2.5 光致发光光谱仪
2.2.6 紫外可见分光光度计
2.2.7 显微拉曼光谱仪
第3章 Si基AAO掩膜的制备研究
3.1 引言
3.2 溅射参数对Si衬底表面Al薄膜粗糙度的影响
3.2.1 溅射功率的影响
3.2.2 溅射气压的影响
3.2.3 衬底温度的影响
3.3 Si基AAO掩膜的制备研究
3.3.1 Al的阳极氧化的基本原理
3.3.2 自组装阳极氧化装置
3.3.3 实验结果与分析
3.4 本章小节
第4章 Si纳米图形衬底的ICP刻蚀研究
4.1 引言
4.2 刻蚀气体体系的选择
4.3 BCl_3/Cl_2/Ar刻蚀原理分析
4.4 ICP工艺参数对Si刻蚀速率的影响
4.4.1 Cl_2组分浓度的影响
4.4.2 ICP功率的影响
4.4.3 RF功率的影响
4.4.4 工作气压的影响
4.5 ICP工艺参数对Si刻蚀形貌的影响
4.5.1 Cl_2组分浓度的影响
4.5.2 一步刻蚀时间的影响
4.5.3 刻蚀气压的影响
4.5.4 ICP功率的影响
4.5.5 RF功率的影响
4.6 ICP优化刻蚀参数下制备Si纳米图形衬底
4.6.1 Si纳米图形衬底的可控制备
4.6.2 Si纳米图形衬底的光学性质
4.7 本章小结
第5章 Si纳米图形衬底上原子层沉积ZNO缓冲层研究
5.1 引言
5.2 原子层沉积表面化学
5.2.1 表面吸附作用及吸附动力学
5.2.2 反应窗口温度
5.3 平面Si衬底上原子层沉积ZnO薄膜
5.3.1 ZnO沉积的温度窗口
5.3.2 退火温度对ALD-ZnO薄膜结构和光学性能的影响
5.3.3 退火气氛对ALD-ZnO薄膜结构和光学性能的影响
5.4 Si纳米图形衬底上原子层沉积三维形貌的ZnO薄膜
5.4.1 ALD技术三维沉积ZnO薄膜
5.4.2 Si纳米图形衬底的孔径尺寸对三维ZnO薄膜性能的影响
5.5 本章小结
第6章 Si纳米图形衬底的评价
6.1 引言
6.2 GaN薄膜晶体结构分析
6.3 GaN薄膜晶体质量分析
6.4 GaN薄膜的光学性能分析
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]Thick SU8 microstructures prepared by broadband UV lithography and the applications in MEMS devices[J]. 李东玲,温志渝,尚正国,佘引. Optoelectronics Letters. 2016(03)
[2]溅射气压对直流磁控溅射ZnO:Al薄膜的影响（英文）[J]. 孙可为,周万城,黄珊珊,唐秀凤. 无机材料学报. 2012(10)
博士论文
[1]大功率GaN基LED芯片设计与制造技术研究[D]. 周圣军.上海交通大学 2011
本文编号：3479928
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3479928.html
