氢化物气相外延生长GaN材料及其物性分析

2020-11-23阅读(1021)

论文摘要

近年来，GaN基半导体材料和器件取得了很大的进展，但是由于缺乏合适的衬底，限制了器件性能的进一步提高。氢化物气相外延（HVPE）技术由于生长速率高，能提供生长GaN自支撑衬底而逐渐受到重视。本文对HVPE生长GaN材料进行了研究，主要包括几个方面：第一，建立和完善HVPE系统，并模拟和设计反应室；第二，对HVPE外延生长GaN的成核生长进行研究；第三，采用一些新的方法提高GaN外延层的质量，降低位错密度等。获得的主要结果如下： 1、建立并完善了HVPE系统，采用计算流体力学有限元分析软件Fluent模拟并设计了该设备的反应室，并生长出高质量的GaN材料； 2、通过NH3气氮化蓝宝石衬底，摸索出了采用HVPE生长高质量GaN薄膜的优化成核条件； 3、首次采用HCl中断生长方法实现了外延生长GaN薄膜极性的改变，从N极性转变为Ga极性； 4、首次在HVPE中采用In辅助外延生长GaN薄膜，使外延层表面变得更加光滑平整，结晶质量也有所提高； 5、首次在HVPE中采用低温AlN插入层生长GaN薄膜，选择合适的高温退火条件，使AlN插入层的引入有助于提高GaN的结晶质量并释放应力； 6、首次采用阳极氧化铝（AAO）插入层作为掩膜来生长GaN薄膜，使结晶质量和光学性质都得到很大的改善； 7、首次采用金属W作为插入层来生长GaN薄膜，改进了外延层的结晶质量和光学特性，并降低了位错密度； 8、首次提出采用多孔GaN衬底在HVPE中生长无裂纹低位错密度的高质量厚膜GaN，并制备了多孔GaN薄膜。

论文目录

摘要

Abstract

目录

第一章引言

第二章文献综述

2.1 GaN材料基本性质

2.1.1 GaN的相态与结构

2.1.2 电学特性

2.1.3 光学特性

2.2 GaN基材料与器件的广泛应用前景

2.2.1 GaN蓝、绿光LEDs

2.2.2 GaN蓝紫光激光器（LD）

2.2.3 GaN基的电子器件和紫外光（UV）探测器

2.3 GaN的生长方法介绍

2.3.1 MOCVD生长技术

2.3.2 MBE生长技术

2.3.3 HVPE生长技术及其厚膜生长

2.4 GaN基材料生长面临的问题及研究进展

2.5 HVPE技术的研究历史与现状

2.5.1 HVPE的研究历史

2.5.2 采用HVPE生长的GaN薄膜来制备衬底的方法介绍

2.5.3 制备自支撑衬底的最新进展以及存在的问题

第三章 HVPE系统中的气流模拟计算

3.1 本章序言

3.2 流体力学基本概念和原理

3.2.1 流体一些基本性质

3.2.2 描述流体运动的方法

3.2.3 流体运动的基本方程组

3.2.4 流体力学中的理论模型

3.3 Fluent软件群介绍

3.3.1 Fluent软件群简介

3.3.2 Gambit软件简介

3.3.3 Fluent6求解器介绍

3.4 HVPE系统的模拟计算及反应室的设计

3.4.1 HVPE反应室的设计概述

3.4.2 HVPE系统模型的建立

3.4.3 边界条件的设定

3.4.4 反应器中气流的模拟计算

3.5 本章小结

第四章表面成核处理

4.1 本章序言

3氮化衬底对HVPE生长GaN的影响'>4.2 采用NH₃氮化衬底对HVPE生长GaN的影响

4.2.1 实验介绍

4.2.2 结果与讨论

4.2.3 氮化机理分析

4.3 HCl中断生长对GaN极性的改变

4.3.1 GaN材料极性介绍

4.3.2 实验介绍

4.3.3 实验结果分析与讨论

4.3.4 极性转变的机理分析

4.4 本章小结

第五章 In辅助GaN膜的HVPE生长

5.1 本章引言

5.2 实验介绍

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章低温AlN插入层技术生长GaN膜

6.1 本章引言

6.2 本章实验介绍

6.2.1 采用20nm低温AlN插入层生长GaN膜的实验

6.2.2 采用12nm和7nm低温AlN插入层生长GaN膜的实验

6.2.3 本章采用的测试方法介绍

6.3 实验结果与分析

6.3.1 采用20nm的AlN插入层对HVPE中生长GaN膜的影响

6.3.2 采用12nm的AlN插入层对HVPE中生长GaN膜的影响

6.3.3 采用7nm的AlN插入层对HVPE中生长GaN膜的影响

6.4 本章小结

第七章采用微区掩膜生长GaN材料

7.1 采用微区掩膜的背景和意义

7.2 采用阳极氧化铝（AAO）做掩膜生长GaN膜

7.2.1 实验介绍

7.2.2 实验结果与分析

7.2.3 采用AAO掩膜生长GaN机理分析

7.3 采用金属钨插入层生长氮化镓膜

7.3.1 实验介绍

7.3.2 实验结果与分析

7.3.3 金属W插入层机理分析

7.4 本章小结

第八章总结与展望

8.1 取得的主要成果

8.2 存在的问题及建议

参考文献

发表文章及申请专利目录

致谢

作者简历

学位论文独创性声明

学位论文使用授权声明

相关论文文献

[1].X射线和重离子辐射对GaN基发光二极管的影响[J]. 微处理机 2019(06)
[2].基于GAN网络的面部表情识别[J]. 电子技术与软件工程 2020(01)
[3].GaN器件在高频谐振变换器上的应用研究[J]. 电力电子技术 2020(03)
[4].一种基于GaN的宽带功率放大器的设计与实现[J]. 电子质量 2020(06)
[5].光场分布对GaN基绿光激光器的影响[J]. 中国激光 2020(07)
[6].第三代半导体材料氮化镓(GaN)研究进展[J]. 广东化工 2020(18)
[7].GaN基肖特基势垒二极管的漏电流传输与退化机制[J]. 半导体光电 2019(06)
[8].射频氮化镓GaN技术及其应用[J]. 集成电路应用 2016(12)
[9].S波段GaN微波功率器件的研制[J]. 电子器件 2017(01)
[10].一种L波段高效率阵列应用GaN功率放大器[J]. 电子信息对抗技术 2017(01)
[11].GaN基肖特基势垒二极管结构优化研究进展[J]. 发光学报 2017(04)
[12].一种用于GaN紫外探测器的前置放大器电路的分析与设计[J]. 科技创新与应用 2017(20)
[13].石墨烯应用于GaN基材料的研究进展[J]. 发光学报 2016(07)
[14].基于直方图均衡化的GAN去模糊模型[J]. 数据通信 2019(06)
[15].基于拉曼热测量技术的铜基复合物法兰GaN基晶体管的热阻分析[J]. 物理学报 2020(02)
[16].基于GAN样本生成技术的智能诊断方法[J]. 振动与冲击 2020(18)
[17].美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校在200mm硅晶圆上制造出GaN高电子迁移率晶体管[J]. 半导体信息 2017(01)
[18].氮化镓GaN为新时代开启一线曙光[J]. 集成电路应用 2015(04)
[19].在轻度混合动力汽车中利用GaN实现双电池管理[J]. 电子产品世界 2020(11)
[20].一种S频段GaN功率放大器的研制[J]. 空间电子技术 2013(03)
[21].多倍频程GaN分布式功率放大器的设计与实现[J]. 微波学报 2013(04)
[22].GaN基紫外探测器发展概况[J]. 激光与红外 2012(11)
[23].GaN基量子阱红外探测器的设计[J]. 现代电子技术 2011(10)
[24].GaN光电阴极的研究及其发展[J]. 物理学报 2011(08)
[25].掺杂GaN的湿法刻蚀研究[J]. 微纳电子技术 2009(10)
[26].GaN转移电子器件的性能与基本设计[J]. 半导体学报 2008(12)
[27].GaN势能函数与热力学性质[J]. 西南大学学报(自然科学版) 2008(07)
[28].GaN基侧向外延生长技术与特性研究[J]. 半导体技术 2008(11)
[29].半导体GaN功率开关器件灵敏度测试技术[J]. 电源学报 2020(04)
[30].迁移学习与GAN结合的医学图像融合模型[J]. 小型微型计算机系统 2020(09)

标签：氮化镓论文; 氢化物气相外延论文; 成核论文; 插入层论文; 微区掩膜论文;

氢化物气相外延生长GaN材料及其物性分析

下载Doc文档

猜你喜欢