非极性a面GaN材料外延的成核过程及选区生长研究
发布时间：2021-11-22 10:49
非极性氮化镓（GaN）材料因其能够完全避免极化电场的影响,在光电子和电子器件方面展现出了巨大的应用潜力。由于目前大尺寸GaN衬底的制备还存在很大的困难,所以主要的研究工作集中于在蓝宝石、碳化硅等其他衬底上外延GaN薄膜。然而异质外延的非极性GaN普遍存在表面形貌差、缺陷密度高以及晶体质量各向异性等问题,它们严重限制了非极性GaN材料的应用。本论文针对以上问题,一方面提出了一种新的侧向外延的生长方法,即通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术在图形化的r面蓝宝石衬底上直接生长a面GaN;另一方面,系统研究了氮化铝（AlN）成核层生长条件对a面GaN的影响,并且探究了这些影响背后的机制。具体的研究内容和实验结果如下:1.针对传统侧向外延生长方法工艺过程复杂、合并厚度大的缺点,我们提出了在钛图形化的r面蓝宝石衬底上直接外延非极性a面GaN的生长方法。首先在r面蓝宝石衬底上制作一层金属钛的孔阵掩膜,然后在孔内选择性外延GaN,最终得到平整的a面GaN薄膜。相比平片,钛图形化衬底上生长的GaN不但表面质量和晶体质量有了较大的提高,而且其各向异性也得到了显著降低。通过扫描电子显微镜（SEM）、非...
【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】：106 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
闪锌矿(a)和纤锌矿(b)GaN的晶体结构以及相应的Ga、N原子面堆垛次序，其中较大的红球表示Ga原子，较小的白球表示N原子Figure1.1Thecrystalstructureofsphalerite(a)andwurtzite(b)GaNandthecorresponding
图 1.2 闪锌矿结构(a)和纤锌矿结构(b) GaN 的能带结构和态密度(DOS)[21]igure 1.2 Sphalerite structure (a) and wurtzite structure (b) GaN band structure and denof states (DOS)[21]GaN 的基本特性参数如表 1.1 所示，和第一代半导体 Si 和第二代半As 相比，GaN 材料具有更大的禁带宽度、更高的电子饱和漂移速度、击以及热导率[22]，因此以 GaN 为代表的第三代半导体材料特别适用于制作高功率器件。值得注意的是，由于 GaN 材料的熔点特别高，所以不能用传备 Si 和 GaAs 单晶的方法生长，目前比较成熟的技术是采用 HVPE 的方单晶 GaN 衬底，但其生长尺寸和生长效率还远达不到应用的需求。此外，料的化学性质也非常稳定，在室温下，它不溶于酸、碱和水，仅在加热的
非极性 a 面 GaN 材料外延的成核过程及选区生长研究电子晶体管(HEMT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(M晶体管(HBT)和肖特基二极管(SBD)等等[26-28]。下面主
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of the thickness of InGaN interlayer on a-plane GaN epilayer[J]. 王建霞,汪连山,张谦,孟祥岳,杨少延,赵桂娟,李辉杰,魏鸿源,王占国. Chinese Physics B. 2015(02)
[2]r面蓝宝石衬底上采用两步AlN缓冲层法外延生长a面GaN薄膜及应力研究[J]. 颜建锋,张洁,郭丽伟,朱学亮,彭铭曾,贾海强,陈弘,周均铭. 半导体学报. 2007(10)
本文编号：3511535
【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】：106 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
闪锌矿(a)和纤锌矿(b)GaN的晶体结构以及相应的Ga、N原子面堆垛次序，其中较大的红球表示Ga原子，较小的白球表示N原子Figure1.1Thecrystalstructureofsphalerite(a)andwurtzite(b)GaNandthecorresponding
图 1.2 闪锌矿结构(a)和纤锌矿结构(b) GaN 的能带结构和态密度(DOS)[21]igure 1.2 Sphalerite structure (a) and wurtzite structure (b) GaN band structure and denof states (DOS)[21]GaN 的基本特性参数如表 1.1 所示，和第一代半导体 Si 和第二代半As 相比，GaN 材料具有更大的禁带宽度、更高的电子饱和漂移速度、击以及热导率[22]，因此以 GaN 为代表的第三代半导体材料特别适用于制作高功率器件。值得注意的是，由于 GaN 材料的熔点特别高，所以不能用传备 Si 和 GaAs 单晶的方法生长，目前比较成熟的技术是采用 HVPE 的方单晶 GaN 衬底，但其生长尺寸和生长效率还远达不到应用的需求。此外，料的化学性质也非常稳定，在室温下，它不溶于酸、碱和水，仅在加热的
非极性 a 面 GaN 材料外延的成核过程及选区生长研究电子晶体管(HEMT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(M晶体管(HBT)和肖特基二极管(SBD)等等[26-28]。下面主
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of the thickness of InGaN interlayer on a-plane GaN epilayer[J]. 王建霞,汪连山,张谦,孟祥岳,杨少延,赵桂娟,李辉杰,魏鸿源,王占国. Chinese Physics B. 2015(02)
[2]r面蓝宝石衬底上采用两步AlN缓冲层法外延生长a面GaN薄膜及应力研究[J]. 颜建锋,张洁,郭丽伟,朱学亮,彭铭曾,贾海强,陈弘,周均铭. 半导体学报. 2007(10)
本文编号：3511535
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