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蓝宝石衬底上高质量AlN材料生长研究

作 者: 冯超
导 师: 陈长清
学 校: 华中科技大学
专 业: 光学工程
关键词: 氮化铝 缓冲层 外延层 晶体质量 表面形貌
分类号: TN304.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


Ⅲ族氮化物以其优异的特性得到广泛关注,AlGaN体系材料对应发光波长在210-340nm,适合可应用于白光照明、生化检测、消毒净化等领域的紫外发光器件,成为目前研究的热点。而AlGaN材料,由于体单晶的缺失,一般采用AlN作为生长模板。因此,要得到适用制作器件的高质量AlGaN材料,制备高质量AlN材料成为必须要首先解决的难题。AlN薄膜异质外延,常采用SiC、Si或蓝宝石作为衬底材料。而AlN与这些材料不匹配,晶体质量很差。本文围绕高质量AlN材料的生长展开,采用两步法生长,主要研究缓冲层生长参数对外延层的影响。首先详细阐述MOCVD生长原理,本实验所用的表征设备HR-XRD、AFM等及数据处理方法。根据AlN材料的特性,分析衬底选择、表面预处理、反应腔压力、V/III比等对AlN生长影响,确定相关生长参数。然后探讨缓冲层生长温度对外延层结晶质量和表面形貌的影响。在600℃~870℃区间内选取不同温度生长6个样品,而保持其他生长参数不变。用透射谱、AFM、HR-XRD等检测,发现在690℃~780℃时表面出现原子级台阶,尤其在780℃,晶体质量比较好。温度较低,位错密度大;温度较高,表面粗糙,出现许多小坑。进一步改变缓冲层生长时间,来研究缓冲层厚度的作用。生长3个样品,生长时间为4.4分钟时,样品(0002)面FWHM为116arcsec,(1012)面FWHM为1471arcsec,并且表面出现原子级台阶。而外延层较薄较厚,表面均未出现台阶,晶体质量和表面形貌均很差。根据这两组实验结果,分析缓冲层对外延层的作用机理。最后在前面实验较好的生长模板上,采用连续方式生长一层高温AlN。通过两组实验,在不同生长温度下,改变TMAl和NH3流量、V/III比等来初步探讨连续生长方式对AlN质量的影响。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-12
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 AlN 的国内外研究进展  10-11
  1.3 本论文的主要内容  11-12
2 MOCVD 生长和表征技术  12-23
  2.1 薄膜沉积模式  12-13
  2.2 MOCVD 生长技术  13-16
  2.3 薄膜的表征与分析技术  16-22
  2.4 本章小结  22-23
3 缓冲层生长温度对AlN 质量的影响  23-46
  3.1 AlN 材料的MOCVD 制备  23-30
  3.2 生长实验  30-33
  3.3 样品表征和数据分析  33-44
  3.4 结果分析  44-45
  3.5 本章小结  45-46
4 缓冲层生长厚度对AlN 质量的影响  46-54
  4.1 实验方案  46-47
  4.2 表征结果和分析  47-52
  4.3 实验结论  52-53
  4.4 本章小结  53-54
5 AlN 材料连续生长方式的初步研究  54-63
  5.1 实验方案和表征分析  54-61
  5.2 实验结论  61-62
  5.3 本章小结  62-63
6 总结与展望  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-70

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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 > 化合物半导体
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