微纳图形衬底外延高质量非极性GaN的研究
发布时间：2021-05-14 10:49
近年来,GaN基半导体材料由于具有宽禁带、高击穿电压和高载流子迁移率等优异性能而被广泛应用于光电子和功率器件。目前商业化使用的一般为沿[0001]方向生长的极性面c面GaN基材料,但是自发极化和压电极化电场的存在导致器件性能的进一步发展受到了阻碍。如在c面GaN基发光二极管中,极化电场引起的量子限制斯塔克效应会导致电子和空穴波函数分离,从而降低辐射复合效率,尤其在长波段-绿光光电子器件中,其发光效率会大大降低;此外,在AlGaN/GaN高电子迁移率器件中,极化电场引起的二维电子气会阻碍增强型器件的发展。因此,为了彻底消除极化效应,非极性面GaN吸引了越来越多的关注。在本论文中,我们提出了一种在微纳尺寸图形衬底上直接外延高质量非极性a面GaN的方法,主要研究内容如下:1.利用紫外光刻技术和激光干涉曝光技术在r面蓝宝石衬底上分别制备了微米和纳米尺寸的SiO2孔阵图形。其中激光干涉曝光技术中主要利用纳米孔阵图形的转移。由于蓝宝石的透光性,需要蒸镀一层金属铬Cr才能得到形状规则,大小均一的孔阵,金属的选择需要满足图形转移过程中的选择比,保证图形精确的转移;采用湿法腐蚀Si...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 Ⅲ族氮化物的基本性质
1.2.1 晶体结构
1.2.2 能带结构
1.3 极化效应
1.3.1 自发极化
1.3.2 压电极化
1.3.3 极化效应的影响
1.4 非极性a面 GaN
1.4.1 非极性a面 GaN发展历史
1.4.2 面内各向异性
1.4.3 GaN中的缺陷
1.4.4 存在问题与挑战
1.5 侧向外延生长GaN技术
1.5.1 有掩模的ELO
1.5.2 无掩模的ELO
1.6 本论文的安排
第2章 生长设备和测试方法
2.1 MOCVD简介
2.1.1 引言
2.1.2 MOCVD设备结构
2.1.3 AIXTRON2400 G3 HT设备简介
2.1.4 MOCVD外延生长机制
2.2 测试方法简介
2.2.1 高分辨X射线衍射仪(HRXRD)
2.2.2 光致荧光测试系统
2.2.3 原子力显微镜(AFM)
2.2.4 扫描电子显微镜
2.2.5 拉曼光谱
2.3 本章小结
第3章 微纳尺寸图形衬底工艺
3.1 光刻技术简介
3.2 微米尺寸图形衬底制备
3.2.1 传统紫外曝光技术
3.2.2 工艺流程及表征
3.3 纳米尺寸图形衬底制备
3.3.1 激光干涉光刻技术
3.3.2 光刻胶的选择
3.3.3 工艺流程及表征
3.4 刻蚀技术
3.4.1 湿法腐蚀
3.4.2 反应离子刻蚀
3.4.3 Cr金属层的作用
3.4.4 湿法腐蚀SiO_2速率影响因素
3.5 本章小结
第4章 图形衬底上外延a面 GaN
4.1 研究现状
4.2 生长过程
4.2.1 AlN浸润层的作用
4.2.2 GaN形貌表征
4.3 各向异性的分析
4.3.1 X射线衍射分析
4.3.2 拉曼光谱分析
4.4 层错密度的表征
4.4.1 Modified W-H分析
4.4.2 低温PL表征
4.5 本章小结
第5章 a-GaN小岛形貌异常的研究
5.1 引言
5.2 生长过程
5.3 生长条件对小岛形貌的影响
5.3.1 AlN浸润层
5.3.2 压力
5.3.3 Ⅴ/Ⅲ比
5.3.4 温度
5.3.5 腐蚀形貌
5.4 一次外延和二次外延对比
5.4.1 小岛形貌
5.4.2 晶体质量
5.5 本章小结
第6章 总结
参考文献
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]石英湿法腐蚀及侧壁晶棱修平工艺研究[J]. 王浩旭,谢立强,吴学忠,李圣怡. 传感技术学报. 2009(12)
[2]Ar/CHF3反应离子束刻蚀SiO2的研究[J]. 王一鸣,熊瑛,刘刚,田扬超. 微细加工技术. 2005(03)
[3]石英玻璃与HF酸反应动力学的研究[J]. 苏英,周永恒,黄武,顾真安. 硅酸盐学报. 2004(03)
[4]反应离子刻蚀工艺因素研究[J]. 张锦,冯伯儒,杜春雷,王永茹,周礼书,侯德胜,林大键. 光电工程. 1997(S1)
本文编号：3185515
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 Ⅲ族氮化物的基本性质
1.2.1 晶体结构
1.2.2 能带结构
1.3 极化效应
1.3.1 自发极化
1.3.2 压电极化
1.3.3 极化效应的影响
1.4 非极性a面 GaN
1.4.1 非极性a面 GaN发展历史
1.4.2 面内各向异性
1.4.3 GaN中的缺陷
1.4.4 存在问题与挑战
1.5 侧向外延生长GaN技术
1.5.1 有掩模的ELO
1.5.2 无掩模的ELO
1.6 本论文的安排
第2章 生长设备和测试方法
2.1 MOCVD简介
2.1.1 引言
2.1.2 MOCVD设备结构
2.1.3 AIXTRON2400 G3 HT设备简介
2.1.4 MOCVD外延生长机制
2.2 测试方法简介
2.2.1 高分辨X射线衍射仪(HRXRD)
2.2.2 光致荧光测试系统
2.2.3 原子力显微镜(AFM)
2.2.4 扫描电子显微镜
2.2.5 拉曼光谱
2.3 本章小结
第3章 微纳尺寸图形衬底工艺
3.1 光刻技术简介
3.2 微米尺寸图形衬底制备
3.2.1 传统紫外曝光技术
3.2.2 工艺流程及表征
3.3 纳米尺寸图形衬底制备
3.3.1 激光干涉光刻技术
3.3.2 光刻胶的选择
3.3.3 工艺流程及表征
3.4 刻蚀技术
3.4.1 湿法腐蚀
3.4.2 反应离子刻蚀
3.4.3 Cr金属层的作用
3.4.4 湿法腐蚀SiO_2速率影响因素
3.5 本章小结
第4章 图形衬底上外延a面 GaN
4.1 研究现状
4.2 生长过程
4.2.1 AlN浸润层的作用
4.2.2 GaN形貌表征
4.3 各向异性的分析
4.3.1 X射线衍射分析
4.3.2 拉曼光谱分析
4.4 层错密度的表征
4.4.1 Modified W-H分析
4.4.2 低温PL表征
4.5 本章小结
第5章 a-GaN小岛形貌异常的研究
5.1 引言
5.2 生长过程
5.3 生长条件对小岛形貌的影响
5.3.1 AlN浸润层
5.3.2 压力
5.3.3 Ⅴ/Ⅲ比
5.3.4 温度
5.3.5 腐蚀形貌
5.4 一次外延和二次外延对比
5.4.1 小岛形貌
5.4.2 晶体质量
5.5 本章小结
第6章 总结
参考文献
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]石英湿法腐蚀及侧壁晶棱修平工艺研究[J]. 王浩旭,谢立强,吴学忠,李圣怡. 传感技术学报. 2009(12)
[2]Ar/CHF3反应离子束刻蚀SiO2的研究[J]. 王一鸣,熊瑛,刘刚,田扬超. 微细加工技术. 2005(03)
[3]石英玻璃与HF酸反应动力学的研究[J]. 苏英,周永恒,黄武,顾真安. 硅酸盐学报. 2004(03)
[4]反应离子刻蚀工艺因素研究[J]. 张锦,冯伯儒,杜春雷,王永茹,周礼书,侯德胜,林大键. 光电工程. 1997(S1)
本文编号：3185515
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3185515.html
