蓝宝石衬底与GaN外延层中缺陷与杂质的研究

摘要

本文用化学腐蚀法对CZ法生长的φ50mm蓝宝石单晶中的位错和缺陷进行了分析研究,并采用金相显微镜和SEM对其进行了显微观察和分析.进行了不同温度、不同的试剂以及不同的腐蚀时间条件下的缺陷显示实验.发现,用熔融的KOH腐蚀剂在290℃下腐蚀15分钟时,显示的位错最为清晰、准确,效果最佳.利用原子力显微镜(AFM)观察了蓝宝石衬底和GaN外延层中缺陷形貌以及衬底与外延之间生长界面的情况,发现在蓝宝石衬底上外延GaN,当蓝宝石中的位错密度小于10﹪m2时,GaN中的位错密度增值到10<'8>~10<'9>/cm<'2>.且GaN外延层中的位错密度与蓝宝石衬底中的位错密度没有线性关系.用扫描电镜(SEM)、XPS、电子探针和紫外荧光光谱仪测量了蓝宝石衬底和GaN外延层中的Mo杂质的含量,发现蓝宝石衬底中含有Mo杂质,含量约为10<'-4>(质量含量);而在外延层GaN中没有检测到Mo杂质,即Mo杂质含量小于ppm级.由此可见,在目前的器件产业工艺要求下用廉价的Mo坩锅生长蓝宝石单晶是可行的.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1引言

§1.2晶体结构与材料特征

§1.3器件水平及应用

§1.4 GaN半导体材料的前景及市场潜力

§1.5第三代半导体材料的制备

§1.6国内外蓝宝石单晶研究现状及分析

第二章蓝宝石单晶的性质及制备

§2.1前言

§2.2蓝宝石的成分和一般性能

§2.3蓝宝石的制备

2-3-1CZ法生长蓝宝石

2-3-2焰熔法生长蓝宝石

2-3-3热交换法生长蓝宝石

2-3-4导向温梯法生长蓝宝石

2-3-5其它生长蓝宝石的方法

第三章蓝宝石单晶中缺陷的研究

§3.1前言

§3.2实验

3-2-1实验样品

3-2-2用KOH进行化学腐蚀

3-2-3用NaOH进行化学腐蚀

3-2-4对不同晶向的蓝宝石单晶进行化学腐蚀

3-2-5比较不同样片的缺陷

§3.3结果与讨论

§3.4小结

第四章GaN外延层中缺陷的研究

§4.1前言

§4.2实验

§4.3结果与讨论

§4.4小结

第五章蓝宝石和GaN外延层中杂质的研究

§5.1前言

§5.2实验

5-2-1实验样品

5-2-2实验步骤

§5.3结果与讨论

§5.4小结

第六章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果