氮化物半导体中缺陷及其影响研究

发布时间：2021-05-26 09:31

　　Ⅲ族氮化物是直接带隙半导体材料,具有禁带宽度可调、电子漂移速度快、击穿电压大、热稳定性好等诸多优势,是研制光电子器件和电力电子器件的理想材料。目前氮化物材料多是通过异质外延获得,晶格失配与热失配的存在以及生长过程中杂质的引入,使得氮化物材料含有大量缺陷,如pit、位错、点缺陷等。这些缺陷严重制约着器件的性能。为了进一步优化器件性能,获得长寿命、高可靠性、大功率GaN基器件,理解缺陷对氮化物材料性能影响十分必要。本文围绕氮化物中缺陷及其影响展开研究。通过紫外光辅助开尔文探针力显微镜（KPFM）研究了pit以及不同类型位错对GaN载流子输运的影响,并通过能带分析,解释了其物理机理;通过光致发光、正电子湮灭、二次离子质谱分析并结合第一性原理计算,阐明了AlN中点缺陷类型,揭示热处理温度对AlN点缺陷演变影响的机理。本论文研究所取得的主要创新性成果总结如下:（1）通过紫外光辅助的开尔文探针力显微镜（KPFM）测试在紫外光照和暗环境下非故意掺杂GaN的表面电势,系统的分析了V-pit（锥状底部）和U-pit（平坦底部）对GaN中载流子行为的影响。结果显示,V-pit和U-pit聚集大量电子,导致... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省

【文章页数】：125 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 前言——研究背景与意义
        1.1.1 氮化物材料结构与性质
    1.2 氮化物材料的缺陷类型
        1.2.1 pit缺陷
        1.2.2 位错
        1.2.3 点缺陷
    1.3 缺陷对器件性能影响
        1.3.1 V-pit对器件性能影响
        1.3.2 位错对器件性能影响
        1.3.3 点缺陷对器件性能影响
    1.4 缺陷的表征方法
    1.5 本论文主要研究内容
第二章 MOCVD外延技术和缺陷表征测试方法
    2.1 前言
    2.2 MOCVD生长技术
    2.3 缺陷表征方法
        2.3.1 X射线衍射技术(XRD)
        2.3.2 原子力显微镜(AFM)
        2.3.3 二次离子质谱分析(SIMS)
        2.3.4 正电子湮灭(PAT)
        2.3.5 光致发光谱(PL)
        2.3.6 扫描电子显微镜(SEM)与阴极射线荧光光谱(CL)
        2.3.7 拉曼光谱(Raman)
第三章 pit缺陷对GaN光电性能影响
    3.1 前言
    3.2 pit缺陷的生长及形貌表征
    3.3 GaN材料中pit缺陷表面电势
    3.4 GaN中 pit缺陷对载流子影响
        3.4.1 Pit缺陷对载流子分布影响
        3.4.2 Pit缺陷对载流子复合速率影响
    3.5 本章小结
第四章 位错对GaN光电性能影响
    4.1 前言
    4.2 位错的缺陷选择刻蚀
    4.3 位错对GaN光电性质影响
        4.3.1 磷酸刻蚀对uGaN表面电势的影响
        4.3.2 位错对载流子输运行为影响
        4.3.3 位错对肖特基接触的影响
    4.4 本章小结
第五章 高温热处理AlN中点缺陷对光学性能影响
    5.1 前言
    5.2 高温热处理AlN光学性质
    5.3 高温热处理AlN点缺陷演变机理
        5.3.1 O杂质演变机理
        5.3.2 C、Si杂质演变机理
    5.4 高温热处理AlN空位缺陷演变机理
    5.5 AlN中点缺陷能级
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
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


【参考文献】：
博士论文
[1]AlN材料中缺陷调控及物性研究[D]. 贲建伟.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2019



本文编号：3206145