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GaN厚膜HVPE生长工艺的研究

作　者: 张嵩
导　师: 杨瑞霞
学　校: 河北工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 化合物半导 氮化镓 HVPE 蓝宝石衬底 激光剥离 GaAs衬底
分类号: TN304
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着信息科技的发展,半导体技术的发展也很迅速,相应的半导体材料的研究也就显得十分的重要。宽禁带化合物半导体材料氮化镓拥有高的热导率和电子饱和速率,在制作微电子器件方面有很强的优势。本论文采用氢化物气相外延（HVPE）方法在蓝宝石衬底和GaAs衬底上生长GaN。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、PL谱和微分干涉显微镜（DIC）等方法对两种衬底生长的GaN质量进行研究。此外,本课题对激光剥离GaN与蓝宝石衬底也进行了较为深入的研究。选择Al2O3衬底生长GaN,对不同偏角的衬底外延生长的GaN表面形貌进行研究,发现0.2度的偏角可以使得外延层表面更加平坦。此外,适当的Ⅴ/Ⅲ和适量的载气可以提高GaN质量。实验结果表明,在4000ml/min的N2载气气氛、Ⅴ/Ⅲ为30的条件下,将会得到PL谱的半高宽较小,发光特性好,晶体质量高的GaN厚膜。选择GaAs衬底生长GaN,为了解决高温生长GaN时GaAs衬底分解的难题,文中采用低温通入NH3对衬底表面进行氮化,然后生长均匀性较好的缓冲层将GaAs衬底包裹住做保护。在这基础上高温生长GaN可以得到质量较高的GaN厚膜单晶。用紫外激光辐射GaN/Al2O3样品对GaN与衬底进行剥离。在调整了激光能量、光斑大小、系统温度以及激光扫描路线等工艺后,降低了对GaN基片的损伤并成功实现了GaN与蓝宝石衬底的分离。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-21
  §1-1 引言  9-10
  §1-2 GaN 材料的结构与性质  10-14
    1-2-1 GaN 的晶体结构  10-11
    1-2-2 GaN 的物理性质  11
    1-2-3 GaN 的化学性质  11-12
    1-2-4 GaN 的光学性质  12
    1-2-5 GaN 的电学性质  12-13
    1-2-6 GaN 的能带结构  13-14
  §1-3 GaN 材料的制备方法  14-17
    1-3-1 金属有机物化学汽相淀积（MOCVD）技术  14-15
    1-3-2 分子束外延(MBE)技术  15-16
    1-3-3 氨热法（Ammonothermal）  16-17
    1-3-4 氢化物气相外延(HVPE)技术  17
  §1-4 GaN 材料与器件的广泛应用前景  17-19
  §1-5 国内外研究现状  19-20
  §1-6 本文研究的主要内容  20-21
第二章 HVPE 系统与 GaN 材料的表征方法  21-28
  §2-1 HVPE 生长方法  21-23
    2-1-1 HVPE 的发展历史  21-22
    2-1-2 HVPE 系统结构及工作原理  22-23
  §2-2 半导体晶体测试技术  23-28
    2-2-1 X 射线衍射（XRD）  23-24
    2-2-2 扫描电子显微镜（SEM）  24-25
    2-2-3 原子力显微镜（AFM）  25-26
    2-2-4 光致发光谱（PL 谱）  26
    2-2-5 微分干涉显微镜（DIC）  26-28
第三章 蓝宝石衬底生长 GaN 工艺的研究  28-36
  §3-1 衬底偏角对晶体质量的影响  28-30
    3-1-1 实验  28
    3-1-2 结果与讨论  28-30
  §3-2 NH_3与HCl 流量对晶体质量的影响  30-32
    3-2-1 实验部分  30
    3-2-1 结果与讨论  30-32
  §3-3 载气对晶体质量的影响  32-35
    3-3-1 实验部分  32
    3-3-2 结果与讨论  32-35
  §3-4 本章小结  35-36
第四章 GaAs 衬底外延 GaN 的工艺研究  36-45
  §4-1 选择GaAs 衬底的优势  36-37
  §4-2 GaAs 衬底氮化的作用  37-41
    4-2-1 实验部分  37-38
    4-2-2 结果与讨论  38-41
  §4-3 生长中插入缓冲层的研究  41-44
    4-3-1 实验部分  41
    4-3-2 结果与讨论  41-44
  §4-4 本章小结  44-45
第五章 激光剥离技术的研究  45-53
  §5-1 激光剥离技术的基本原理  45-46
  §5-2 温度对剥离质量的影响  46-47
  §5-3 剥离过程中激光能量与光斑的控制  47-50
    5-3-1 激光输出能量  47-48
    5-3-2 光斑面积大小  48-49
    5-3-3 光斑重合度的影响  49-50
  §5-4 剥离过程中激光扫描路线的研究  50-51
    5-4-1 实验部分  50
    5-4-2 结果与讨论  50-51
  §5-5 本章小结  51-53
第六章 结论  53-54
参考文献  54-59
致谢  59-60
攻读学位期间所取得的相关科研成果  60

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 材料
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