N面GaN外延薄膜生長(zhǎng)研究.pdf

1、相比于Ga面GaN基外延材料,長(zhǎng)期以來N面GaN基外延材料的表面形貌與結(jié)晶質(zhì)量均很不理想。然而,通過研究人員的不懈努力,在2007年前后首次通過MBE及MOCVD在藍(lán)寶石和C面SiC襯底上實(shí)現(xiàn)了較高質(zhì)量的N面GaN基外延薄膜與HEMT器件。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究目前均處于起步階段。本文的主要工作和研究成果如下:
　　 1.分析了不同應(yīng)力和層結(jié)構(gòu)下N面GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)的自發(fā)極化與壓電極化效應(yīng)對(duì)異質(zhì)結(jié)界面處極化電荷濃度σ(X)的影響,

2、理論計(jì)算得到了由極化電荷感應(yīng)出的2DEG的濃度ns(X),闡述了AlxGa1-xN勢(shì)壘層厚度及Al組分對(duì)2DEG的濃度的影響。
　　 2.根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)并結(jié)合國(guó)外相關(guān)成果探究了MOCVD外延生長(zhǎng)N面GaN過程中一些關(guān)鍵工藝對(duì)于晶體生長(zhǎng)機(jī)理及薄膜質(zhì)量的影響。并簡(jiǎn)要對(duì)比了實(shí)驗(yàn)樣品晶體質(zhì)量與同期國(guó)外領(lǐng)先水平的差距。還介紹了①XPS或熱穩(wěn)定性,②CBED,③表面重構(gòu)、化學(xué)穩(wěn)定性或CAICISS等判定GaN外延薄膜極性的方法。
　　

3、 3.較為全面、系統(tǒng)的研究了N面GaN基材料中位錯(cuò)的形成、分布、生長(zhǎng)方向及組成比例等問題,進(jìn)而分析了位錯(cuò)對(duì)于載流子的輸運(yùn)、復(fù)合等行為造成重要影響；接著對(duì)N面GaN基材料體內(nèi)的微觀缺陷與宏觀缺陷的形成機(jī)制及其對(duì)外延薄膜特性的影響做出了詳細(xì)討論。從生長(zhǎng)機(jī)理入手,對(duì)比研究了襯底、成核層、極性對(duì)GaN外延薄膜面內(nèi)應(yīng)力的影響以及N面GaN外延薄膜面內(nèi)壓應(yīng)力自調(diào)節(jié)效應(yīng)。通過能帶理論解釋了N面GaN與Ga面GaN外延薄膜PL譜之間的差異；并通過XRD