立式HVPE生长三英寸GaN三维模拟研究

发布时间：2020-07-30 21:04

【摘要】：GaN作为第三代半导体材料,具有直接带隙宽、热导率高、饱和电子速率高、化学性质稳定等诸多优异特性。这些特性在蓝绿波段的LED器件、紫外探测器、外空间和海底通讯等领域有着广泛的应用前景。本文基于计算流体动力学原理,采用有限元分析软件对自行设计的立式HVPE生长GaN材料系统进行了数值模拟研究。该研究主要侧重于重力、衬底与入气口之间的距离、反应气体与非反应气体的流速、反应气体的质量分数等因素对GaN的沉积速率和均匀性的影响。研究结果发现:(1)为了使GaN的生长速率提高,均匀性较好,结合实际情况,选择衬底与气体入口距离为50mm的反应器;(2)通过改变气体流速与重力的方向发现,当流速与重力方向相同时,GaN的沉积速率最高,但是沉积的均匀性却最差,因此该研究选择气体流速与重力方向相反的HVPE反应器;(3)通过改变反应气体GaCl/N2与NH3/N2流速可以发现,当保持NH3/N2流速不变的情况下,增大GaCl/N2的流速,GaN的沉积速率上升,但是均匀性出现了先升后降的现象;(4)在保持GaCl/N2流速不变的情况下,增大NH3/N2的流速,GaN的沉积速率与均匀性均出现了先升后降的趋势;(5)改变非反应气体的流速来观测GaN的沉积速率与均匀性。增大N2(隔离气)的流速,发现GaN的沉积速率出现先升后降的现象,而均匀性却变化不大;(6)增大N2(载气)的流速时,GaN的沉积速率与均匀性都呈现先升后降的趋势;(7)通过增大反应气体GaCl与NH3的质量分数来看,GaN的沉积速率均出现了不同程度的上升,而均匀性却随着GaCl质量分数的提升而下降,随着NH3质量分数的增加呈现先上升后下降的趋势。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN304
【图文】：

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图１－丨纤锌矿（Ｗｕｒｔｚｉｔｅ）、闪锌矿（Ｚｉｎｃ－ｂｌｅｎｄｅ）和岩盐矿（Ｒｏｃｋ－ｓａｌｔ）型晶体结逡逑构示意图［｜３］逡逑氮化镓的晶体结构有三种，如图１－１所示：六方相的纤锌矿（Ｗｕｒｔｚｉｔｅ）结逡逑构、立方相的闪锌矿（Ｚｉｎｃ－ｂｌｅｎｄｅ邋）结构和立方相的岩盐矿（Ｒｏｃｋ－ｓａｌｔ）结逡逑构。在共价结合中离子键成分占比越高，纤锌矿结构的稳定性越好。ＧａＮ具有逡逑较高的离子性，因此闪锌矿型ＧａＮ属于亚稳态形式。岩盐矿型结构属于高温逡逑相，据相关文献记载，岩盐矿型结构存在于５５．３ＧＰａ左右的压力下，且随着压逡逑力的减小能够促使其向更加稳定的纤锌矿结构转化［１３、１４］。逡逑在常温常压下，ＧａＮ以对称的六方纤锌矿结构存在。每个原胞由四个原子逡逑组成，每个原子体积大约为ＧａＡｓ原子体积的二分之一。当外界环境发生改变逡逑时，ＧａＮ从六方相的纤锌矿结构转变为闪锌矿结构，这种闪锌矿的结构同样也逡逑是对称的。这两种结构的原子层堆积次序不同决定了邋ＧａＮ的六方相纤锌矿结构逡逑与闪锌矿结构在电学特性方面的差异。逡逑４逡逑

示意图,氮化物,光电探测器,示意图

天津工业大学硕士学位论文功研制出了具有高响应特性的ＡｌＧａ合金。当ｘ分．６１时，其带隙波长出现了不同的结果，分别对应，邋５０ｎｍ。在最近的研宄过程中，对ＧａＮ基紫外光。研究人员发现ＧａＮ材料的截止波长为３６９ｎｍ，已。利用这一特点ＧａＮ基光探测器可以将更大截止波大大降低了对滤波器的要求，可以更高效精准的在紫目前ＡＰＡ光学公司于１９９８年推出了第一批ＧａＮ光该公司陆续的研发出一批具有高性能且可以长时间品。逡逑

平面模型

单位／ｍｍ逡逑图４－１立式ＨＶＰＥ系统平面模型逡逑４．邋６本章小结逡逑本章主要介绍了邋ＨＶＰＥ的系统原理、模拟采用的统御方程等。并在此基础逡逑上对软件模拟过程中的－？般性假设做出了设定，设计了生长３英寸ＧａＮ的腔体逡逑结构。逡逑

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