GaN納米材料的CVD制備與研究.pdf

1、氮化鎵(GaN)是寬帶隙Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料的代表，其禁帶寬度為Eg=3.4eV，具有高飽和電子漂移速度、高熱導(dǎo)率、耐高溫、抗輻射、耐酸堿、高硬度等特性，是制作高效率藍(lán)綠光發(fā)光二極管、藍(lán)光半導(dǎo)體激光器、高頻大功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管和紫外光探測(cè)器等半導(dǎo)體器件的首選材料。
　　 在實(shí)際應(yīng)用中通常使用的GaN材料為薄膜形式，研究人員嘗試用不同方法來(lái)制各GaN薄膜，最早出現(xiàn)的是氫化物氣相外延生長(zhǎng)(HVPE)，隨后是金屬有機(jī)氣相沉積(MOC

2、VD)和分子束外延生長(zhǎng)(MBE)。近年來(lái)出現(xiàn)的一些新型方法有電泳沉積(EPD)、脈沖激光沉積(PLD)、磁控濺射(MS)、溶膠-凝膠(Sol—Gel)等。本文中實(shí)驗(yàn)均采用設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉、操作容易的化學(xué)氣相沉積法(APCVD)。通過(guò)HRXRD、FESEM、AFM、EDS、PL等測(cè)試手段對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、形貌及光學(xué)性能等特性進(jìn)行了表征，通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析，不斷優(yōu)化制各工藝，提高產(chǎn)物性能。
　　 目前，除GaN襯底外，其他襯底與Ga

3、N納米材料之間均存在晶格失配和熱膨脹系數(shù)失配，因此，采用合適的襯底并借助緩沖層成了研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。本論文中實(shí)驗(yàn)采用常壓化學(xué)氣相沉積法在不同襯底、不同緩沖層上制各GaN薄膜，分析了合成產(chǎn)物的組分、結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，探討了所得產(chǎn)物的生長(zhǎng)機(jī)理與影響因素。
　　 除了GaN薄膜材料外，其他形貌的GaN微納米材料也被應(yīng)用于光電子器件。本文采用簡(jiǎn)單的CVD方法，以金膜和銦絲作輔助劑，在硅襯底上以雙催化劑模式生長(zhǎng)GaN微納材料。在此過(guò)程中，出

4、現(xiàn)了不同形貌的GaN微納米材料，并研究了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、輔助劑的作用及其生長(zhǎng)機(jī)理。
　　 1、以金屬鎵和氨氣為原料，分別在Si、Al2O3和GaAs三種襯底上生長(zhǎng)GaN薄膜。由于GaAs襯底的熱穩(wěn)定性不好，而氨氣的分解溫度在850℃左右，因此實(shí)驗(yàn)選擇在870℃下進(jìn)行。分析結(jié)果表明產(chǎn)物均為六方纖鋅礦多晶結(jié)構(gòu)，其中Al2O3襯底上所得薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和發(fā)光性能最好，而GaAs襯底上所得薄膜出現(xiàn)脫層。
　　 2、以金屬鎵和氨氣為原料