激光分子束外延生長(zhǎng)GaN薄膜.pdf

1、GaN屬于第三代半導(dǎo)體材料，具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、帶隙寬、電子遷移率高等特點(diǎn)，在光電和微電子器件、大功率電子探測(cè)、高溫和高頻電子器件等方面具有良好的發(fā)展前景。異質(zhì)外延生長(zhǎng)GaN薄膜常用Al2O3和Si作為襯底，但由于GaN與Al2O3和Si間的晶格失配較大，常采用緩沖層來降低薄膜和襯底間的晶格失配和熱失配。本文采用激光分子束外延法生長(zhǎng)GaN薄膜。論文分為兩部分，第一部分以Al2O3(0001)為襯底、AlN為緩沖層生長(zhǎng)GaN薄膜，探討了激光

2、能量、沉積時(shí)間對(duì)薄膜結(jié)晶質(zhì)量和表面形貌的影響，并利用Materials Studio軟件模擬了GaN的能帶結(jié)構(gòu)。第二部分以Si(100)為襯底、AlN/TiN為緩沖層生長(zhǎng)GaN薄膜，探討了激光能量對(duì)薄膜結(jié)晶質(zhì)量、表面形貌和光學(xué)性能的影響。主要研究結(jié)果如下:
　　1.以Al2O3(0001)為襯底、AlN作為緩沖層生長(zhǎng)GaN薄膜時(shí)，正交實(shí)驗(yàn)表明，激光能量為150mJ/p時(shí)，可制備出結(jié)晶質(zhì)量較好的GaN薄膜。沉積時(shí)間為1h時(shí)，薄膜呈二

3、維層狀模式生長(zhǎng)，為(0002)方向擇優(yōu)取向的六方GaN結(jié)構(gòu)。
　　2.由GaN薄膜的Uv-vis光學(xué)性能計(jì)算出其禁帶寬度為3.28eV。根據(jù)第一性原理，采用Materials Studio軟件模擬了GaN的能帶結(jié)構(gòu)，計(jì)算出其禁帶寬度為1.89eV，比實(shí)驗(yàn)值要小。這是由于計(jì)算過程中Ga3d態(tài)的能量被最大化估計(jì)，導(dǎo)致Ga3d和N2p之間的相互作用變大，使得價(jià)帶帶寬變大而帶隙值變小。
　　3.以Si(100)為襯底、AlN/TiN