论文摘要
宽带隙的GaN基Ⅲ族氮化物,在高效光电子器件制作中有着广泛的应用,是半导体材料研究领域的前沿课题之一。本文利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长技术,在经过腐蚀处理的蓝宝石衬底上生长出了高质量的GaN外延层,并与在常规衬底上生长的GaN外延层进行了对比。本文通过大量实验摸索出蓝宝石衬底的最佳腐蚀条件,腐蚀温度为265℃,腐蚀时间为45~50min。在经过腐蚀的蓝宝石衬底上,利用MOCVD系统外延生长GaN薄膜,提出了腐蚀处理衬底上外延GaN薄膜的外延生长模型,分析了在经过腐蚀的蓝宝石衬底上形成横向外延生长模式的生长机理。对衬底经过腐蚀和未经腐蚀的样品进行了性能对比,结果表明衬底经过腐蚀的样品,其外延层表面形貌、缺陷密度、残余应力均优于衬底未经腐蚀的样品。黄带和蓝带的强度变化均与缺陷密度相关,黄光带强度的降低说明这种衬底处理方法可以提高外延层发光性能。在经过腐蚀处理的蓝宝石衬底上,对InGaN三元合金的制备做了初步研究,得到了高质量的InGaN三元合金,其XRD图谱出现4个量子阱卫星峰,量子阱界面清晰。PL光谱在蓝光区域出现了半高宽为26nm的发光峰,说明具有较好的发光特性。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论§1-1 引言§1-2 GaN 材料的基本性质1-2-1 GaN 材料的结构和物理性质1-2-2 GaN 材料的化学性质1-2-3 GaN 材料的电学性质1-2-4 GaN 材料的光学性质§1-3 GaN 材料的制备技术1-3-1 卤化物气相外延（HVPE）技术1-3-2 分子束外延技术（MBE）1-3-3 金属有机物化学气相沉积（MOCVD）技术§1-4 GaN 薄膜的成核及生长1-4-1 薄膜形核1-4-2 成核速率1-4-3 GaN 薄膜的生长模式§1-5 制备GaN 材料的衬底1-5-1 蓝宝石衬底1-5-2 SiC 衬底1-5-3 Si 衬底1-5-4 GaAs 衬底1-5-5 其它衬底§1-6 GaN 材料制备工艺的发展1-6-1 两步生长工艺1-6-2 横向外延技术§1-7 GaN 基材料及器件的研究现状和发展趋势§1-8 本文主要研究工作第二章 实验设备及测试技术§2-1 MOCVD 生长系统2-1-1 MOCVD 技术的基本原理2-1-2 本实验所采用的MOCVD 设备2-1-3 激光反射在位监测系统§2-2 主要测试分析技术2-2-1 X 射线衍射（XRD）2-2-2 扫描电子显微镜（SEM）2-2-3 原子力显微镜（AFM）2-2-4 拉曼散射光谱仪（Raman）2-2-5 光致发光光谱（PL）第三章 蓝宝石衬底的腐蚀处理及 GaN 外延生长机理的研究§3-1 概述§3-2 蓝宝石衬底的腐蚀处理3-2-1 样品的制备3-2-2 蓝宝石的性质3-2-3 蓝宝石衬底的腐蚀温度的确定3-2-4 蓝宝石衬底的腐蚀时间的确定§3-3 腐蚀预处理衬底上的GaN 外延生长3-3-1 外延生长程序3-3-2 预处理衬底上外延GaN 薄膜的生长机理§3-4 小结第四章 衬底处理对外延层性能的影响§4-1 衬底处理对外延层性能的影响4-1-1 衬底腐蚀对外延层表面形貌的影响4-1-2 衬底腐蚀对缺陷密度的影响4-1-3 衬底腐蚀对应力的影响§4-2 InGaN 三元合金的制备4-2-1 量子阱及InGaN/GaN 量子阱简介4-2-2 InGaN/ GaN 多量子阱（MQW）的生长§4-3 小结第五章 结论参考文献致谢攻读学位期间所取得的相关科研成果
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