物理气相传输法生长氮化铝晶体的研究

发布时间：2023-05-13 13:07

　　AlN是一种直接带隙宽禁带半导体,禁带宽度为6.02 e V,是制作深紫外光电器件的理想材料。此外AlN与Ga N具有十分相近的晶格常数和几乎一致的热膨胀系数,是一种良好的Ga N基材料的外延衬底材料。然而由于目前缺乏大尺寸、高质量的AlN单晶,限制了高Al组分Ga N基材料的广泛应用。获得大尺寸的AlN单晶主要有两种生长技术路径:1.采用AlN籽晶进行自籽晶扩径生长;2.采用Si C异质籽晶进行晶体生长。采用自籽晶扩径生长的优势是生长的晶体质量高;缺点是扩径速度慢,难以获得大尺寸晶体。而异质籽晶生长的优势是可以利用大尺寸的Si C籽晶通过异质外延获得大尺寸的AlN模板籽晶,并可进行后续的迭代生长;缺点是获得的AlN晶体中Si、C杂质含量较高,晶体质量较差,需要不断迭代生长提高晶体质量。目前,在缺少大尺寸AlN衬底的情况下,采用在Si C异质籽晶上外延生长获得大尺寸AlN单晶模板作为籽晶进行迭代生长,有望较快获得大尺寸的AlN籽晶。同时,这个技术路线充分结合了两种籽晶技术的优势,有望研制出高质量、大尺寸的AlN单晶。本论文基于上述研究思路,采用了AlN自籽晶和Si C异质籽晶两种生长技...

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 氮化铝的基本性质
        1.1.1 氮化铝的晶体结构
        1.1.2 氮化铝晶体的性质
    1.2 氮化铝材料的生长方法
        1.2.1 氮化铝粉末的制备方法
        1.2.2 金属铝直接氮化法
        1.2.3 液相生长法(LPE)
        1.2.4 氢化物气相外延法(HVPE)
        1.2.5 物理气相传输法(PVT)
    1.3 PVT法生长氮化铝单晶的研究进展
        1.3.1 自发形核生长氮化铝单晶
        1.3.2 碳化硅异质籽晶生长氮化铝单晶
        1.3.3 氮化铝自籽晶生长氮化铝单晶
    1.4 氮化铝晶体的研究现状
        1.4.1 Crystal IS公司和伦斯勒理工学院
        1.4.2 Hexa TechInc公司和北卡罗莱纳州立大学
        1.4.3 Nitride Crystal公司和俄罗斯研究团队
        1.4.4 Cryst Al-N公司和埃尔朗根大学
        1.4.5 Nitride Solution公司和堪萨斯州立大学
    1.5 氮化铝晶体的生长技术和生长机理研究意义
    1.6 论文的研究思路和主要研究内容
第2章 氮化铝晶体的生长设备和表征方法
    2.1 氮化铝晶体生长设备简介
    2.2 氮化铝晶体的表征方法
        2.2.1 X射线衍射
        2.2.2 光学显微镜
        2.2.3 扫描电子显微镜 (黄新民和解挺,2006)
        2.2.4 X射线光电子能谱仪 (黄新民和解挺,2006)
        2.2.5 拉曼光谱
第3章 氮化铝晶体基础生长工艺的优化
    3.1 新型TaC坩埚的设计与制备
    3.2 原料提纯工艺的改进
    3.3 反向温场的设计
    3.4 本章小结
第4章 自籽晶生长氮化铝晶体及掺杂研究
    4.1 优化自籽晶生长氮化铝晶体的生长温度
    4.2 生长温度对氮化铝晶体特征的影响规律
        4.2.1 (11-22)面籽晶上的AlN生长规律
        4.2.2 (000-1)面籽晶上的AlN生长规律
    4.3 晶体扩径生长的辅件优化设计
    4.4 P型掺杂的AlN晶体及其特征
        4.4.1 Be:O共掺AlN的 p型特征
        4.4.2 Be:O共掺AlN的磁性特性
    4.5 本章小结
第5章 碳化硅异质籽晶上生长氮化铝晶体的机制研究
    5.1 引言
    5.2 SiC籽晶粘接工艺探索
    5.3 SiC籽晶上生长AlN晶体的生长机理研究
        5.3.1 实验过程
        5.3.2 实验结果与分析
    5.4 SiC籽晶上生长大尺寸AlN单晶
        5.4.1 温度梯度的调控
        5.4.2 实验验证最优化的AlN晶体生长条件
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3815879