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高Al组分的AlGaN外延材料的MOCVD生长研究

作 者: 杜阳
导 师: 李培咸
学 校: 西安电子科技大学
专 业: 材料物理与化学
关键词: 高Al组分 AlxGa1-xN 外延生长 MOCVD XRD表征
分类号: TN304.055
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 235次
引 用: 1次
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内容摘要


本论文通过MOCVD生长手段,通过一系列实际的生长和测试实验,在蓝宝石衬底上异质外延了高Al组分的AlxGa1-xN外延层,并且针对多种缓冲层技术下的成核层生长、脉冲缓冲层生长和超晶格缓冲层生长工艺,通过材料生长和材料表征两方面,研究了关键层结构中的关键工艺参数对AlxGa1-xN外延材料质量的影响,对关键的工艺参数进行了一系列的优化试验,制备出了高质量的AlN外延材料和高Al组份AlGaN外延材料。对不同Al组分含量的高Al组分AlxGa1-xN外延材料样品,采用XRD对其进行了结晶质量和Al组份的表征分析,测定了实际样品具体的Al组分含量,研究了不同Al组分含量的AlxGa1-xN外延层在实际的螺位错密度、刃位错密度和晶格常数方面的差异。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-13
  1.1 GaN 基发光器件概述  7-8
  1.2 GaN 基LED 在照明光源上的应用以及实现方法  8-12
    1.2.1 GaN 基LED 在照明光源上的优势  8
    1.2.2 GaN 基白光LED 的主要实现方法  8-10
    1.2.3 其它白光LED 实现方法  10-12
  1.3 本论文的研究内容和安排  12-13
第二章 GaN 材料特性以及GaN 基LED 发光原理  13-21
  2.1 GaN 材料特性及基本参数  13-14
    2.1.1 GaN 半导体材料的优势特性  13
    2.1.2 GaN 材料晶体结构及基本参数  13-14
  2.2 GaN 基LED 发光基本原理  14-19
    2.2.1 材料发光的分类  14-15
    2.2.2 半导体发光的一般机理  15-17
    2.2.3 GaN 基半导体光电器件的优点  17-18
    2.2.4 高Al 组分AlGaN 深紫外LED 材料  18-19
  2.3 本章小结  19-21
第三章 异质外延GaN 晶体膜的生长机理  21-27
  3.1 GaN 外延材料生长的基本方法  21-22
  3.2 MOCVD 生长基本机理及设备  22-25
    3.2.1 MOCVD 生长方法及其优点  22
    3.2.2 GaN 异质外延衬底的选择  22-23
    3.2.3 MOCVD 技术生长GaN 晶体薄膜的基本物理化学过程  23-24
    3.2.4 实验所用MOCVD 设备  24-25
  3.3 本章小结  25-27
第四章 高Al 组分AlGaN 晶体薄膜的表征和测试  27-33
  4.1 Al 组分百分含量的表征方法  27-29
    4.1.1 通过XRD 表征材料的Al 组分  27-28
    4.1.2 通过透射谱计算材料Al 组分含量  28-29
  4.2 基于XRD 的晶体参数以及结晶质量分析  29-31
    4.2.1 摇摆曲线对晶体结晶质量的分析  30
    4.2.2 通过XRD 对材料位错密度和晶格常数的表征  30-31
  4.3 本章小结  31-33
第五章 高Al 组分AlGaN 外延生长及表征  33-49
  5.1 低温AlN 成核层的生长优化  33-36
  5.2 脉冲法AlN 缓冲层的生长对AlGaN 外延层的影响  36-43
    5.2.1 脉冲时NH3 不同关断时间对外延层结晶质量的影响  37-38
    5.2.2 脉冲次数对外延层结晶质量的影响  38-40
    5.2.3 AlN 脉冲层不同TMA / NH3 流量比例的优化  40-43
  5.3 AlGaN/AlN SLs 超晶格结构的生长对AlGaN 外延层的影响  43-48
    5.3.1 超晶格周期数对AlGaN 外延层的影响  43-45
    5.3.2 超晶格周期厚度对AlGaN 外延层的影响  45-47
    5.3.3 超晶格AlGaN/Al 厚度比对AlGaN 外延层的影响  47-48
  5.4 本章小结  48-49
第六章 不同Al 组分含量的AlGaN 外延层的表征  49-55
  6.1 实验方案  49-50
  6.2 实验结果与分析  50-53
    6.2.1 摇摆曲线的测定和位错密度的计算  51
    6.2.2 基于XRD 分析的Al 组份测算  51-52
    6.2.3 外延材料表观晶格常数和应力情况的分析  52-53
  6.3 本章小结  53-55
结论  55-57
致谢  57-59
参考文献  59-63
作者攻读硕士期间的研究成果和参加的科研项目  63-64

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