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该文主要研究了AlN、SiC、GaN三种宽禁带半导体材料在大失配衬底上的异质外延生长问题,综合运用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、原子力显微镜(AFM)、光致发光谱(PL)、拉曼(Raman)散射和傅立叶红外光谱等多种方法对所生长材料的物理性质进行表征,得到了许多有意思的结果和发现,择其要者概括如下:1.在用气源分子束(GSMBE)方法获得高质量AlN外延层的基础上,我们在AlN/Si的复合衬底上进行了SiC的CVD外延生长.我们发现与传统的通过Si衬底表面碳化只能获得立方相不同,在AlN/Si上所生长的SiC具有六方相结构.透射电子显微镜研究证实在AlN/Si(111)上的SiC为2H变体,类似结论国内外尚未见报道.2.通过引入NH<,3>气对衬底表面进行氮化,我们很好的解决了蓝宝石衬底上生长SiC的剥落问题并得到了10μm的厚外延层.与生长AlN缓冲层相比,该工艺具有简单新颖高效的优势.我们还通过研究蓝宝石上SiC薄膜的Raman散射和红外反射谱,发现其同样具有六方相结构.3.通过插入低温AlN夹层,我们在Si(111)上成功地用GSMBE法得到了厚度为1.1μm的GaN外延层,证实了低温AlN夹层在控制和减少GaN外延层中应力的作用.4.用三轴晶高分辨X射线衍射研究了Si(111)上生长的GaN中的应变组分问题,我们发现GaN的对称(0002)及非对称(10-12)峰在三轴晶配置下的ω-2θ扫描曲线都会发生劈裂,我们排除了应力和合金化的因素,认为在MBE方法生长的Si(111)上GaN外延层中存在一个占较大比例的稍微偏离化学配比的部分.通过透射电子显微镜的微结构研究发现了一个周期AlN/GaN超晶格结构阻断位错的直接观察证据.这些研究发现尚未见有文献报道.5.发现了一个Si(111)上GaN样品显著增强的光致发光与异常的Raman散射和红外吸收行为的相关现象.6.首次利用溅射的ZnO作成核层在Si(111)上进行了GaN的GSMBE生长,PL研究证实ZnO/Si(111)能够降低GaN外延层中的应力,TEM研究表明ZnO/Si(111)可能是厚的高质量无裂纹GaN外延生长一个很好的柔性衬底方案.