论文部分内容阅读
氮化铝晶体(A1N)是一种新型超宽禁带半导体材料，其禁带宽度达6.2 eV，并且为直接带隙半导体材料，热导率为319 W/(m·K)，在紫外发光器件、功率电子器件领域具有潜在应用价值。物理气相输运(PVT)法是制备A1N晶体的方法之一，但在籽晶固定、晶体生长技术等方面仍存在诸多问题。本文以PVT法生长A1N为研究内容，主要开展了三部分研究工作，分别是多孔A1N、A1N微晶柱和A1N晶体的制备与表征: (1)多孔A1N制备与表征。基于A1N高温易升华特性，从气相引入造孔剂这一角度展开了多孔A1N制备研究。多孔A1N主要制备过程分为两步，第一步是制备C/A1N复合物，以石墨碳作为造孔剂，使用PVT法制备C/A1N复合物，将石墨碳引入A1N中，第二步是制备多孔A1N，在空气中将C/A1N复合物退火，使石墨碳氧化成气体挥发，从而在材料中形成多孔结构。所得多孔A1N孔隙率为24.09％，孔径分布在100～1000nm，介电常数为5.5～6.1@1MHz。 (2)六方A1N微晶柱制备与表征。采用PVT法，以石墨/碳化钽双层坩埚，在1700℃～1850℃得到六棱柱形状A1N晶柱，晶柱长在1 cm左右，宽为200～400μm，光学显微镜下观察呈透明浅黄色。SEM与AFM结果显示A1N晶柱表面为整齐台阶状形貌，拉曼光谱结果表明A1N微晶柱具有良好结晶质量。PVT法制备的A1N微晶柱一维方式生长，主要是低温下A1N晶体生长速率较慢，A1与N原子有足够时间迁移到能量最低位置结晶生长，A1N＜0001＞方向相对具有较低能量，因此形成柱状结构。 (3) A1N晶体制备与表征。采用PVT法分别以自发结晶与以碳化硅(SiC)为籽晶两种方式进行A1N晶体生长。自发结晶方式生长A1N通常得到多晶，为得到大尺寸单晶材料，需将A1N单晶粒作籽晶，扩径生长以获得较大A1N晶粒，再作为籽晶迭代生长，逐渐扩大尺寸。SiC的晶格常数、热膨胀系数与A1N相近，是A1N外延生长理想的籽晶材料，但实验发现，SiC生长过程中易于烧蚀分解，生长效果不好，需要针对温度、气压等生长参数进行细致调节。目前实验生长出了尺寸在1～5 mm的A1N小晶体，A1N晶体呈现为棕色，Raman光谱测试表明A1N晶体具有良好结晶质量。