N面GaN外延薄膜生長研究.pdf

1、相比于Ga面GaN基外延材料,長期以來N面GaN基外延材料的表面形貌與結(jié)晶質(zhì)量均很不理想。然而,通過研究人員的不懈努力,在2007年前后首次通過MBE及MOCVD在藍寶石和C面SiC襯底上實現(xiàn)了較高質(zhì)量的N面GaN基外延薄膜與HEMT器件。國內(nèi)相關(guān)研究目前均處于起步階段。本文的主要工作和研究成果如下:
　　 1.分析了不同應(yīng)力和層結(jié)構(gòu)下N面GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)的自發(fā)極化與壓電極化效應(yīng)對異質(zhì)結(jié)界面處極化電荷濃度σ(X)的影響,

2、理論計算得到了由極化電荷感應(yīng)出的2DEG的濃度ns(X),闡述了AlxGa1-xN勢壘層厚度及Al組分對2DEG的濃度的影響。
　　 2.根據(jù)大量實驗并結(jié)合國外相關(guān)成果探究了MOCVD外延生長N面GaN過程中一些關(guān)鍵工藝對于晶體生長機理及薄膜質(zhì)量的影響。并簡要對比了實驗樣品晶體質(zhì)量與同期國外領(lǐng)先水平的差距。還介紹了①XPS或熱穩(wěn)定性,②CBED,③表面重構(gòu)、化學(xué)穩(wěn)定性或CAICISS等判定GaN外延薄膜極性的方法。
　　

3、 3.較為全面、系統(tǒng)的研究了N面GaN基材料中位錯的形成、分布、生長方向及組成比例等問題,進而分析了位錯對于載流子的輸運、復(fù)合等行為造成重要影響；接著對N面GaN基材料體內(nèi)的微觀缺陷與宏觀缺陷的形成機制及其對外延薄膜特性的影響做出了詳細討論。從生長機理入手,對比研究了襯底、成核層、極性對GaN外延薄膜面內(nèi)應(yīng)力的影響以及N面GaN外延薄膜面內(nèi)壓應(yīng)力自調(diào)節(jié)效應(yīng)。通過能帶理論解釋了N面GaN與Ga面GaN外延薄膜PL譜之間的差異；并通過XRD