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适用于日盲紫外探测器的高Al组分n型AlGaN的生长

作 者: 刘成
导 师: 陈长清
学 校: 华中科技大学
专 业: 物理电子学
关键词: 有机金属化学气相沉积 铝镓氮 N 型掺杂 铟-硅共掺杂 紫外探测器
分类号: TN304.055
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 58次
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内容摘要


利用有机金属化学气相沉积(MOCVD)的方法,在高质量的铝氮(AlN)模板和铝氮/铝镓氮超晶格(AlN/AlGaN SLs)上,通过改变[TMA/(TMa+TMG)]的流量比例,成功的获得了不同Al组分的高电导性的n型铝镓氮(AlGaN)薄膜。并借由金相显微镜、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、透射光谱、Raman光谱、Hall测试和电容-电压(C-V)等多种测试手段,对n型(Al)GaN材料的表面形貌、晶体质量、光学性能和电学性能进行了评估。实验结果显示,在保持TMA流量不变的情况下减少TEG的流量可以获得高Al组分的AlxGa1-xN (x>0.4)材料。然而由于Al原子在生长表面的迁移性低于Ga原子,从而在同样的生长条件下,通过减少TEG的了流量,伴随着AlGaN的Al组分的提高的是其表面形貌的恶化。通过在生长过程中通入硅烷可以获得n型掺杂的(Al)GaN薄膜。n-(Al)GaN薄膜的掺杂浓度随着硅烷的摩尔量的增加而增加,其迁移率随着硅烷的增加呈现先上升后下降的趋势。同时,硅烷量的增加也会导致n-(Al)GaN材料晶格的破坏和其尺寸的减小。针对AlGaN材料n型掺杂,较为特殊的是Si的掺杂能级随着Al组分的提高而加深。于是,对于采用同样的硅烷量实现掺杂的AlGaN材料,其实际掺杂浓度随着Al组分的提高而下降。同时,由于Al组分提高造成的AlGaN晶格常数的减少,使得电子与材料晶格碰撞几率增加,也是材料的迁移率也会表现出下降趋势。最后,铟-硅(In-Si)共掺杂的初步结果显示,In在AlGaN材料体系中的引入可以在一定程度上提高AlGaN材料的表面形貌和晶体质量。整体来说,本论文得到的高Al组分n型AlGaN材料能充分满足日盲型紫外探测器的需求。其关于AlGaN掺杂特性的分析可用于指导以后的实验工作。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-12
  1.1 研究背景与意义  9-11
  1.2 论文的组织与结构  11-12
2 实验仪器和测试仪器简介  12-24
  2.1 AlGaN-MOCVD 系统  12-15
  2.2 结构测试仪器  15-19
  2.3 光学测试仪器  19-20
  2.4 电学测试仪器  20-23
  2.5 本章小结  23-24
3 生长参数计算和材料参数的提取  24-35
  3.1 MO 源摩尔流量的计算  24-25
  3.2 硅烷摩尔量的计算  25-26
  3.3 AlGaN 材料Al 组分的计算  26-29
  3.4 AlGaN 材料的厚度的计算  29-31
  3.5 Si-AlGaN 掺杂浓度的计算  31-33
  3.6 本章小结  33-35
4 Si-AlGaN 生长的前期准备  35-49
  4.1 AlN 模板介绍  35-37
  4.2 AlN/AlGaN 超晶格的生长  37-40
  4.3 GaN 的n 型掺杂的研究  40-48
  4.4 本章小结  48-49
5 高Al 组分n 型AlGaN 材料的实现  49-67
  5.1 Al 组分(0.3~0.4)的Si-Al_xGa_(1-x)N 的生长  50-54
  5.2 Al 组分(0.4~0.65)的Si-Al_xGa_(1-x)N 的生长  54-58
  5.3 In-Si 共掺杂技术初步研究  58-66
  5.4 本章小结  66-67
6 总结与展望  67-69
  6.1 本实验工作总结  67-68
  6.2 实验展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-77
附录1 攻读学位期间发表论文目录  77

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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 > 一般性问题 > 制取方法与设备 > 半导体薄膜技术
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