GaN自支撐襯底的原位自分離及Cu納米絲透明歐姆電極研究.pdf

1、廈門大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立完成的研究成果。本人在論文寫作中參考其他個(gè)人或集體己經(jīng)發(fā)表的研究成果，均在文中以適當(dāng)方式明確標(biāo)明，并符合法律規(guī)范和《廈門大學(xué)研究生學(xué)術(shù)活動(dòng)規(guī)范(試行)》。另外，該學(xué)位論文為()課題(組)的研究成果，獲得()課題(組)經(jīng)費(fèi)或?qū)嶒?yàn)室的資助，在()實(shí)驗(yàn)室完成。(請?jiān)谝陨侠ㄌ杻?nèi)填寫課題或課題組負(fù)責(zé)人或?qū)嶒?yàn)室名稱，未有此項(xiàng)聲明內(nèi)容的，可以不作特別聲明。)摘要III族氮化物以其具有

2、寬廣直接帶隙的突出特點(diǎn)，成為開發(fā)短波長、高速度光電子器件最重要的半導(dǎo)體材料之一。隨著氮化物技術(shù)日益成熟，留待解決或者尚未解決的問題就越發(fā)顯得難度巨大。當(dāng)前，光電子器件的主流結(jié)構(gòu)，依然是以電學(xué)驅(qū)動(dòng)和外延薄膜異質(zhì)結(jié)來實(shí)現(xiàn)各種光電的功能性。從這個(gè)基本結(jié)構(gòu)的角度來分析，襯底材料、外延層品質(zhì)、電極材料就是器件三立的鼎足，成為最關(guān)鍵的研究課題。針對這三大基礎(chǔ)問題，本論文的主要工作進(jìn)行了包括GaN自支撐襯底、A1N異質(zhì)薄膜外延生長、銅納米絲透明歐姆電

3、極三方面的研究，并取得重要的進(jìn)展：一、實(shí)現(xiàn)GaN自支撐襯底的原位自分離。采用第一性原理計(jì)算，研究了GaN非極性面和極性面的表面分離能與應(yīng)變場的變化關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，(i)不同的非極性面的裂紋容易出現(xiàn)在不同的應(yīng)變區(qū)域，m面和d面裂紋分別傾向于產(chǎn)生在外延膜生長的高溫和降溫階段，于是我們提出優(yōu)化緩沖層和襯底預(yù)處理等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)有效的裂紋抑制作用，采用HVPE方法，獲得完整無損的高質(zhì)量GaN厚膜。(ii)極性C面的表面分離能與應(yīng)變場呈漸近線特征，

4、且存在分離能的驟變區(qū)，當(dāng)應(yīng)變梯度區(qū)經(jīng)過驟變拐點(diǎn)時(shí)，容易促使C面分離。根據(jù)這一規(guī)律，提出調(diào)控梯度應(yīng)力場思想，在實(shí)驗(yàn)上，利用調(diào)節(jié)GaN外延膜的厚度的方法，減小其外延片翹曲曲率半徑以獲得梯度更陡峭應(yīng)變場分布，當(dāng)厚度超過400kurl以上時(shí)，由于在應(yīng)變成功跨越分離驟變點(diǎn)，最終成功了實(shí)現(xiàn)2”GaN厚膜的原位自分離，獲得的GaN自支撐襯底表面光滑，晶體質(zhì)量良好。二、實(shí)現(xiàn)MOVPE中1100。C下A1N高質(zhì)量外延薄膜生長。進(jìn)行了系統(tǒng)地A1N異質(zhì)外延生

5、長技術(shù)和機(jī)理的研究，包括藍(lán)寶石的氮化、成核緩沖層生長，高溫AIN外延、晶體摻雜優(yōu)化等幾個(gè)重要方面的技術(shù)。結(jié)果表明：(i)優(yōu)化氮化以及中高溫緩沖層時(shí)問，可以有效減少AIN和藍(lán)寶石之間的晶格失配，促使張應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力。(ii)采用優(yōu)化的MMEE方法。脈沖周期變長，二維生長得到促進(jìn)，晶粒的取向性將變好，但晶粒之間接合的應(yīng)力增大；相對的，連續(xù)生長模式，有助于加速三維生長，降低位錯(cuò)密度，但是晶粒的取向變差。通過配合兩種模式的時(shí)間比例和周期，提高