论文部分内容阅读
GaN基半导体材料具有宽带隙、大电子漂移速度、高热导率、耐高电压、耐高温、抗腐蚀、抗辐射等突出优点，使其成为目前全球半导体研究的前沿和热点。本论文采用本组自制的MOCVD设备，围绕GaN基材料的生长和物理性能展开研究。一方面为了解决GaN基材料生长中的大失配问题，提出直接外延生长低温GaN/InGaN柔性衬底来释放晶格失配和热失配的方法，并详细研究了其作用机理；另一方面通过各种测试手段及理论计算对GaN及其异质结的结构特性和物理性能进行了细致的研究。主要包括以下内容：
1.对MOCVD设备进行了改造，增加了Ga源的冲稀气路，生长得到了较高质量的InGaN薄膜，为后续的GaN外延膜的生长奠定了良好的基础。
2.提出用部分分解的InGaN层作为弱键合层来生长GaN，介绍了InGaN上生长GaN的典型多孔状截面形貌，以及GaN晶体质量的改善情况。并对GaN外延膜的形貌、应力和结晶质量随生长参数的变化进行了初步的比较分析。
3.深入研究了在不同In组分的InGaN插入层上生长的GaN薄膜的形貌、应力、极性的区别；讨论了InGaN的分解热力学和GaN的生长模式；对比了不同载气下生长的GaN样品的形貌、结晶质量、Raman振动模式和In残余量的变化，对氢气载气的作用进行了细致的分析。最后在优化的生长条件下得到了较好晶体质量的GaN薄膜，为GaN厚膜及复杂异质结构的生长奠定了很好的基础。
4.用同步辐射x射线对GaN样品进行倒空间mapping和面内掠入射测试，研究GaN的缺陷类型和分布，以及晶体质量和应力的深度分布。
5.分析了GaN中最主要的缺陷-位错对AlGaN/GaN异质结的电子迁移率的影响，研究了二维电子气中位错散射随温度和电子浓度的变化关系。
6.讨论了能带弯曲和极化效应对XPS测量的AlN/GaN异质结带阶的影响，提出了一种基于自洽计算的修正方法，以消除这种影响并提高XPS测量带阶的精度。