HVPE法制备AlN单晶基板

摘要

虽然GaN基的蓝绿色发光器件已经取得成功,但是高效率的深紫外LED器件发展缓慢。InAlGaN材料被用于深紫外发光器件的有源区,AlN和高铝组分的AlGaN薄膜则是深紫外发光器件缓冲层和阻挡层所必需的材料。生长高铝组分的AlGaN外延层理想的衬底是AlN薄膜。目前制备AlN薄膜的主要方法有金属有机化学气相沉积、物理气相传输、氢化物气相外延。
　　本论文采用垂直式氢化物气相外延设备在SiC衬底上外延AlN单晶薄膜,其主要研究工作如下：
　　1. 根据热力学数据,分析了源区反应中各物质平衡分压和温度之间的关系,发现温度控制在800 K~900 K,AlC l3分压最大且稳定不变。而生长区沉积AlN反应,可以分成气相反应和表面反应两个过程来考虑。
　　2. 研究了V/III对AlN薄膜形貌的影响。发现V/III比小于1时AlN薄膜生长速率较高,表面平整光滑；而V/I II高于1时A lN薄膜生长速率低,表面粗糙。较高的V/I II比导致薄膜生长速率减小,这是因为N H3流量的增大使得更多的N H3与AlC l3发生气相反应,生成不必要的产物AlC l2NH2,消耗了部分反应气体AlC l3,造成沉积过程中表面反应AlC l3不足,因此A lN的生长速率降低。从表面反应考虑,N H3流量的增大使得N H3可以较多的吸附在N位和Al位上,造成AlN的生长速率减小。
　　3. 研究了缓冲层温度对AlN薄膜形貌的影响。缓冲层生长的最优温度是900℃,该温度下生长的缓冲层外延AlN薄膜表面平整光滑,衍射峰的半高宽为95 arcsec。外延AlN薄膜的生长速率与缓冲层的生长温度没有多大关系,生长速率约在2.3 um/h。缓冲层生长温度低于最优温度时,造成 Al 原子迁移率较低,不能移动到有效的台阶边缘处成核,样品为多晶薄膜；生长温度高于最优温度时,Al原子迁移率增大,会更多的沉积在台阶边缘,容易产生脊结构,使得薄膜位错密度增大,表面开裂。

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第一章 绪论

§ 1-1 III族氮化物的性质

§ 1-2 III族氮化物器件

§ 1-3 制备AlN单晶的方法

§1-4 本论文主要研究内容

第二章 实验设备和检测设备

§2-1 HVPE设备介绍

§2-2 测试设备

第三章 源区和生长区化学分析

§3-1 源区物质分析

§3-2生长区物质分析

§3-3 HVPE反应室的流场模拟

§3-4 本章小结

第四章 实验工艺对AlN晶体生长的影响

§ 4-1 V/III比对AlN表面形貌和生长速率的影响

§ 4-2 缓冲层生长温度对AlN表面形貌和生长速率的影响

§4-3 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢