高能電子輻照GaN外延層的性能研究.pdf

1、　　氮化鎵(GaN)材料因其寬的直接帶隙、強(qiáng)的原子鍵、高的熱導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性好等性質(zhì)在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應(yīng)用方面有著廣闊的前景。GaN材料一直被認(rèn)為是一種理想的抗輻照半導(dǎo)體材料,隨著核技術(shù)和空間技術(shù)的發(fā)展,GaN材料及其器件被用于輻射很強(qiáng)的極端惡劣的條件下工作。研究GaN材料中輻照缺陷的性質(zhì),以及輻照缺陷對 GaN 光學(xué)性能和電學(xué)性能的影響,研究輻照缺陷在退火過程中的擴(kuò)散和湮滅,對GaN在輻照環(huán)境下的應(yīng)用具有重要的理論

2、意義和實用價值。
　　本文利用雙晶X射線衍射儀(DCXRD)、正電子湮沒譜(PAS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線光電子能譜(XPS)、光致發(fā)光(PL)譜,霍爾測試(HALL)等分析技術(shù)對高能電子輻照GaN外延層的性能進(jìn)行了研究,獲得的主要結(jié)果如下：
　　1、利用濕法化學(xué)腐蝕工藝研究了電子輻照GaN外延層中的輻照缺陷,電子輻照GaN樣品經(jīng)熔融狀態(tài)的混合KOH和NaOH堿溶液腐蝕后,用SEM觀測到α、β和γ三種類型的腐

3、蝕坑,提出輻照缺陷對GaN性能的影響與位錯相似。
　　2、研究了電子輻照對GaN外延層黃光帶的影響,首次提出一理論模型解釋了黃光帶強(qiáng)度隨輻照劑量的變化關(guān)系。隨輻照劑量的增加,在GaN外延層中引入的鎵空位增加,鎵空位與黃光帶的形成有關(guān),因此黃光帶強(qiáng)度增加。
　　3、研究了快速熱退火對黃光帶的影響,發(fā)現(xiàn)黃光帶強(qiáng)度隨退火溫度呈非線性變化。400℃退火樣品的黃光帶的熱激活能為16meV,與O有關(guān)；600℃退火樣品的黃光帶的熱激活

4、能為40meV,與C有關(guān)。結(jié)合輻照缺陷在退火過程中的擴(kuò)散,提出在200~800℃退火過程中包含兩個黃光帶形成機(jī)理。
　　4、研究了電子輻照對GaN外延層電學(xué)參數(shù)的影響,首次提出一理論模型解釋了電學(xué)參數(shù)隨輻照劑量的變化。隨輻照劑量的增加,樣品中引入的深能級缺陷濃度增加,深能級缺陷對載流子的俘獲和散射,使得載流子濃度和遷移率下降。
　　5、研究了快速熱退火對GaN外延層電學(xué)參數(shù)的影響,發(fā)現(xiàn)載流子濃度和遷移率隨退火溫度呈非線性