一、Ⅲ族氮化物外延层中的缺陷（论文文献综述）
隋佳恩[1]（2021）在《非极性α面AlN材料中缺陷调控及物性研究》文中指出AlN基深紫外发光二极管（LED）凭借其优良的特性,在疫情防控、污水净化、医疗健康等领域发挥至关重要作用,但是有源区量子阱结构中存在量子限制斯塔克效应,使LED发光效率下降从而限制了其广泛应用。非极性a面AlN（α-AlN）能够从根本上解决极性AlN引起的量子限制斯达克效应（QCSE）问题,是提升Al Ga N基发光器件发光效率的有效途径。由于非极性AlN与r面蓝宝石衬底之间存在较大且不均匀的失配度,目前难以实现缺陷密度低、表面平整度高的非极性α-AlN。高温热处理是一种提高AlN质量的有效方法,但在热处理过程中,非极性α-AlN缺陷密度降低及表面形貌演变的物理机理仍不明确,直接影响了α-AlN质量提升与表面改善。本研究通过对α-AlN薄膜在不同条件下进行高温热处理,降低了α-AlN材料中缺陷密度,并对样品的物性进行了表征与分析。结合第一性原理计算,揭示了高温热处理影响α-AlN薄膜的物理机理。在此基础上,利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）的方法,进一步降低了α-AlN缺陷密度。主要研究工作进展如下:1、高温热处理法调控α-AlN缺陷并揭示其机理研究了高温热处理过程对磁控溅射α-AlN薄膜中缺陷密度的影响规律,及缺陷密度降低的物理机理。根据X射线衍射（XRD）摇摆曲线扫描（XRC）的测试结果,高温热处理可以明显改善样品晶粒的扭转倾斜程度,降低样品内堆垛层错密度,在1700℃温度下热处理180 min后,层错密度下降至5500 cm-1。利用第一性原理对高温热处理过程中I1类型堆垛层错湮灭的最小能量途径进行了计算,结果表明,热处理为层错的迁移以及湮灭提供能量,从而降低层错密度;同时结合结构搜索结果对层错的湮灭过程进行了阐释,即两层I1类型层错通过合并为一层I3类型层错的过程实现湮灭。2、MOCVD外延法调控α-AlN缺陷在高温热处理α-AlN/r-sapphire基础上,利用MOCVD方法进行α-AlN材料外延生长研究。结果表明,基于高温热处理α-AlN/r-sapphire模板外延能够实现α-AlN缺陷密度进一步降低。通过生长参数的优化,实现了堆垛层错密度～3900cm-1的α-AlN材料。3、调控α-AlN表面形貌并阐明其机理为探究高温热处理对非极性α-AlN表面的影响及物理机理,对样品的表面形貌演变进行了表征与分析。结果表明,热处理后的α-AlN表面出现了沿c轴方向条纹形貌。计算了Al/N原子在纤锌矿结构AlN不同面的结合能,计算结果表明Al/N原子在c面（-4.41 e V/-8.41 e V）的吸附能力比a面（-2.67 e V/-0.83e V）和m面（-2.75 e V/-2.47 e V）更强。因此在高温热处理过程中,Al/N原子更趋向于从a面与m面脱附,而在c面吸附,是α-AlN样品表面沿c轴方向的条纹形貌随着热处理温度（时间）增加而增加的原因。
邢志伟[2]（2021）在《基于电化学反应的GaN基纳米材料与器件研究》文中认为氮化镓（GaN）基材料因其优异的材料特性,比如直接带隙、电子饱和速率快以及化学性质稳定等,在太阳光电化学储能以及柔性透明光电子器件领域具有十分巨大的研究和应用前景。然而,尽管GaN基材料是光催化还原CO2的理想材料,但是氮化物材料在长时间光催化反应中的稳定性差以及太阳能利用率低的难题严重制约了太阳光催化反应的发展。另一方面,由于GaN基材料的外延衬底通常是刚性的,很难获得柔性透明的GaN基材料,所以柔性透明光电子器件的发展迫切需要高效且低成本的相应柔性薄膜制备技术。基于以上难题,本论文以GaN基材料在太阳光能储能以及相关柔性且透明光电子器件的制备和应用为目标,基于电化学反应开展了 InGaN材料光催化还原CO2和GaN基纳米柱结构柔性薄膜制备的相关研究工作。本论文采用旋涂的工艺方法,构筑了 InGaN薄膜/C3N4异质结光电极,提高了光电极稳定性和催化效率;优化了 InGaN材料结构,进一步提升了光电极稳定性以及产H2效率;基于电化学反应,研究了 InGaN纳米柱和AlGaN纳米柱结构柔性薄膜的制备,为实现柔性透明的GaN基器件奠定了扎实基础。本论文的主要研究成果如下:1.研究了 InGaN外延薄膜在光催化还原CO2中的应用。基于InGaN光阳极,仅在光照下,还原CO2得到CO、CH4、C2H4、C2H6和H2产物,其中主要产物CO和H2的含量分别为14.75 μmol/mol和21.39 μmol/mol。通过界面工程分析,采用C3N4作为助催化剂,催化还原CO2的主要产物CO和H2产物含量分别增加了 2.5倍和1.3倍。C3N4增强了光吸收,抑制了载流子复合并大大增加了反应的比表面积,提高了 InGaN光电极的稳定性,进而提高了催化效率。进一步,基于室温晶片键合技术制备了 p-GaAs//n-GaN异质结,研究了键合界面层对键合异质结电学性能的影响,结果表明具有较薄键合界面层的样品更容易展现出线性接触特性和小的接触电势差,并可以通过改变键合界面层的结构来调控键合样品的电学性能。2.研究了 InGaN量子点和InGaN纳米柱（Nanowires,NWs）在还原CO2中的催化还原特性。相同实验条件下,相比于InGaN薄膜光阳极,InGaN量子点/C3N4电极表现出更强的稳定性和更高的催化活性,并且主要产物CO和H2的含量比InGaN薄膜分别增加了约2.2倍和14.5倍。这种性能的提升归因于InGaN量子点表面形成的电偶极子促进了光生载流子传输和水的氧化。InGaN量子点更适合于光分解水制备H2,同时C3N4可以促进含碳化合物的形成并增强光电极稳定性。然而,对于InGaN纳米柱,由于氮化物材料的选择性电化学刻蚀,InGaN纳米柱在光催化还原CO2中,虽然有气相产物产生,但InGaN纳米柱在较短时间内脱落。3.基于电化学刻蚀的方式制备InGaN纳米柱柔性薄膜。研究了 InGaNNWs柔性薄膜制备的影响因素,结果表明外置偏压InGaNNWs中的A1N层以及NWs之间的空隙是柔性纳米柱结构薄膜制备的必要条件,薄的A1N层在剥离过程中起着牺牲层的作用。而电解质主要通过NWs之间的空隙到达A1N层,进而在水平方向以及垂直方向上刻蚀A1N层,从而导致柔性纳米柱薄膜的形成。InGaN NWs结构薄膜可以很好保持本身的材料结构特性,并展现出稳定的光学特性以及优异的柔韧性,这归因于薄膜的纳米柱结构和纳米柱薄膜底部的网状结构。并且,通过PL以及压电性能测试,发现InGaN纳米柱结构薄膜在白光LED以及压电传感器方面具有潜在的应用。4.研究了 AlGaNNWs柔性薄膜的制备以及探测器应用。通过所设计的剥离工艺,成功地获得了具有良好柔韧性和高透明性1 cm×1 cm致密的AlGaN NWs柔性薄膜。除了选择性刻蚀外,还发现酸性溶液更适于AlGaNNWs薄膜的剥离转移。AlGaNNWs在数百次弯曲后依然保持了很好的结构完整性。基于NWs薄膜制备出了肖特基型光电探测器,探测器的峰值响应度（异质硅衬底）在300 nm时约为3.9 mA/W,上升时间Ton=65 ms,下降时间Toff≤ms。相比于原始AlGaNNWs样品制备的探测器器件,AlGaNNWs薄膜器件的峰值响应特性提高了约166%。AlGaNNWs薄膜探测器性能的提升,归因于AlGaNNWs中富A1壳层和A1N层的去除以及NWs表面缺陷和表面态的降低。
刘青明[3]（2021）在《InGaN/GaN多量子阱中缺陷对其结构和性能的影响研究》文中认为氮化镓（GaN）基发光二极管（LED）具有光电效率转换高、体积小和寿命长等优点,广泛应用于固态照明和背光源,引领了第三代照明技术革命,取得了巨大的经济效益。GaN基LED中的多量子阱（MQWs）结构是实现电-光转换的核心,其晶体质量直接决定了 LED的光电性能。由于基于异质衬底外延GaN基薄膜以及氮化铟（InN）和GaN间物理化学性质差异较大等因素,使得InGaN/GaN MQWs中存在缺陷种类较多以及缺陷水平较高的问题。更重要的是,由于缺陷的复杂性、表征仪器的局限性以及理论计算的假设和修正处理等多方面因素,导致目前对MQWs中部分缺陷的认识仍存在一定的局限性,缺陷处载流子的输运、缺陷对光学特性的影响机理等基础性科学问题尚未完全解决。深入研究点缺陷的产生机制及其相关光学特性,对调控缺陷密度和提高LED光电性能有较大的帮助。本论文通过金属有机气相化学沉积设备外延GaN基LED,主要围绕GaN基LED MQWs中的点缺陷和V-pits缺陷问题,通过高分辨X射线衍射仪、双球差矫正电镜、光致发光谱仪等表征了样品的晶体质量、界面质量和发光性能,研究了缺陷的产生机制、对InGaN/GaN发光特性的影响以及缺陷的调控方法:（1）研究了蓝光和绿光LED原位老化过程中的发光性能和MQWs的结构变化。蓝光LED老化后光致发光谱（PL）的积分强度下降了 17.1%,InGaN量子阱层出现了呈不连续状态分布的In间隙原子,分析认为:由于In-N键能小于Ga-N,在压应力和加剧的晶格振动共同作用下,In原子更容易偏离正常晶格位置而进入间隙,形成了 In间隙原子缺陷,在In间隙原子缺陷处形成了非辐射复合中心,导致PL积分强度的下降。绿光LED老化后发光强度下降了 36.8%,峰值波长红移了 1.1 nm,观察老化后MQWs的原子像发现了 InGaN阱层中的间隙原子和阱层驰豫现象;分析认为,量子限制效应减弱、量子限制斯塔克效应（QCSE）增强以及缺陷引起的非辐射复合密度增加是发光强度下降和峰值波长红移的主要原因。（2）研究了 V-pits中AlGaN的晶体质量以及绿光InGaN/GaN MQWs中V-pits对其发光特性的影响。扫描透射（STEM）和能谱（EDS）结果表明:V-pits中AlGaN的Al组分分布不均匀、高Al组分区域的晶体质量和侧壁AlGaN/GaN界面质量较差。分析认为:Al原子在半极性面生长存在的各向异性、较低的Al原子迁移率、AlN和GaN间的失配应力以及非最优的AlGaN生长工艺共同导致AlGaN在V-pits侧壁中的生长质量较差。研究绿光MQWs中V-pits对其发光特性影响发现:室温下,V-pits附近峰值波长比c面峰值波长红移了 4.6 nm,80 K下,V-pits附近出现了双峰现象,且随温度升高,V-pits附近峰值波长的红移和蓝移量明显大于c面。分析认为:V-pits附近c面MQWs更高的In组分和更强的局域态导致峰值波长红移和双峰现象的出现,随温度升高,限制在侧壁的载流子隧穿至c面MQWs,导致V-pits附近峰值波长发生较大的红移和蓝移。。（3）研究了基于V-pits调控方法生长多波长MQWs,实现了 MQWs的三基色发光。在具有V-pits的n-GaN上继续生长MQWs,PL测试结果表明,MQWs中分别出现了峰值能量为2.603 eV、2.326 eV和2.077 eV的发光峰,分别对应蓝光、绿光和红光。表面和截面的SEM和TEM表征发现,MQWs表面出现了 3D岛和V-pits,侧壁MQWs中的In分布不均匀。分析认为:蓝光、绿光和红光发光峰分别来源于侧壁MQWs、c面MQWs和c面中的3D岛。此外,研究了插入层厚度对多波长MQWs的发光性能影响,随着高温插入层厚度增加PL的积分强度下降,这可能是由于MQWs弛豫度增加以及侧壁MQWs面积占比减小导致的。（4）研究了 GaN基LED原位电学下的结构和电学特性的变化,研究发现MQWs中出现缺陷以及漏电流较大,分析认为,MQWs表面杂质的迁移和钨探针施加的外力诱导MQWs中缺陷的产生;缺陷引起的热效应导致电流减小。
千英达[4]（2021）在《半导体材料铟铝（镓）氮薄膜的光学性能与结构研究》文中认为InAlN作为III-V族直接带隙半导体,可用于制造发光二极管（LED）,布拉格反射镜（DBR）和功率晶体管等器件。InAlN材料带隙可调范围为0.7～6.2 eV,有着优良的热化学稳定性,且在In含量为17 at%时与GaN有很好的晶格匹配度。在使用金属有机化学气相沉积法（MOCVD）生长InAlN/Ga N异质结时,由于生长Ga N层时留在反应器壁的残留物或是GaN层的扩散作用,InAlN层中会无意中掺入Ga。Ga的掺入对InAlN外延层的带隙、光学常数以及表面质量都有影响,从而改变与之相关的光电子器件的接收波长和效率以及功率晶体管的电流处理能力。生长InAlN/Ga N异质结是制作相关器件的基础步骤,了解如何抑制Ga的扩散以及Ga的掺入量对InAlN性质的影响是十分重要的。本论文研究的A,B,C三片InAl（Ga）N/Ga N样品（外延层有不同浓度的Ga掺入）,是采用脉冲式金属有机物化学气相沉积技术（PMOCVD）在蓝宝石衬底上以纳米级的不同生长结构生长而成的。通过角分辨X射线光电子能谱（ARXPS）得出样品中Ga的掺入量,表面元素的化学态和组分比以及能带偏移;采用变角度椭偏光谱（VASE）获得样品光学常数、禁带宽度和薄膜厚度等信息以及高温测试下样品的稳定性;通过拉曼光谱（Raman）得出不同温度下外延层的光生声子寿命。本文的具体研究内容和成果如下:（1）通过对比InAl（Ga）N外延层不同深度的Ga元素含量,得出Ga污染主要原因是由于GaN层的扩散作用,同时发现2 nm AlN插入层可以有效减少Ga原子的扩散量,从而减少表面缺陷密度,改善InAl（Ga）N层表面质量。（2）通过对价带偏移,导带偏移及禁带宽度计算,发现随着Ga的掺入量由20.6 at%减少至6.4 at%,InAl（Ga）N/Ga N异质结价带偏移量由0.5 e V减至0.27 e V。当Ga掺入量为20.6 at%时,InAl（Ga）N与GaN价带顶持平,Ga掺杂量的增加使异质结界面由I型跨接带隙向II型交错带隙转变。（3）通过VASE拟合所得的InAl（Ga）N层的光学常数发现,在800 K温度以下Varshni方程可以成功拟合PMOCVD法所生长的InAl（Ga）N外延层光学参数随温度的变化曲线,说明外延层物理性质未产生突变。同时得出减少Ga掺入量可以使晶格稳定性更高,而且AlN插入层可以有效改善InAl（Ga）N薄膜质量。（4）结合非谐效应中的三声子的过程和四声子过程,对在80K-580K范围内InAl（Ga）N层A1（LO）模的峰位和半峰宽的变温拉曼光谱进行拟合,得出Ga掺杂浓度较高的样品在高温下LO模声子寿命减小速率更大,薄膜稳定性更低。
沈波,杨学林,许福军[5]（2020）在《氮化物宽禁带半导体的MOCVD大失配异质外延》文中进行了进一步梳理以氮化镓（GaN）、AlN（氮化铝）为代表的Ⅲ族氮化物宽禁带半导体是研制短波长光电子器件和高频、高功率电子器件的核心材料体系。由于缺少高质量、低成本的同质GaN和AlN衬底,氮化物半导体主要通过异质外延,特别是大失配异质外延来制备。由此导致的高缺陷密度、残余应力成为当前深紫外发光器件、功率电子器件等氮化物半导体器件发展的主要瓶颈,严重影响了材料和器件性能的提升。本文简要介绍了氮化物半导体金属有机化学气相沉积（MOCVD）大失配异质外延的发展历史,重点介绍了北京大学在蓝宝石衬底上AlN、高Al组分AlGaN的MOCVD外延生长和p型掺杂、Si衬底上GaN薄膜及其异质结构的外延生长和缺陷控制等方面的主要研究进展。最后对Ⅲ族氮化物宽禁带半导体MOCVD大失配异质外延的未来发展做了简要展望。
吴耀政[6]（2020）在《GaN基材料的分子束外延及其发光器件的制备与表征》文中研究指明作为宽禁带直接带隙半导体,Ⅲ族氮化物材料体系的禁带宽度覆盖了从紫外光波段到可见波段再到近红外波段,广泛应用于固态照明器件及紫外光电子器件之中。GaN基LEDs在节能减排、环境保护等方面相比于传统照明光源有着巨大的优势。经过几十年的发展,得益于材料质量的不断提高和新型器件结构的设计,LED的发光效率得到不断地提高,被广泛应用于照明、背光源等领域。然而,如何提高长波长GaN基LEDs的发光效率,并将其应用于高分辨显示、可见光通讯等领域中,仍旧是科研工作者关注的前沿问题之一。本文采用分子束外延技术,围绕提高长波长LEDs的发光效率,尝试采用“自下而上”和“自上而下”两种方法制备微型LEDs结构和InGaN/GaN多量子阱纳米柱结构,研究了其材料外延生长机制和器件的光电特性。得到了如下结论:1.针对MBE外延GaN界面处位错难于控制这一问题,本文研究了表面Ga原子层控制、N等离子体辅助热分解以及N等离子体循环刻蚀等技术。研究结果表明:表面Ga原子层控制技术的引入,精确控制了外延过程中样品衬底表面金属原子层的厚度;N等离子体辅助热分解技术的研究,有效解决了样品衬底表面氧化层的存在;N等离子体循环刻蚀技术的探索,成功抑制了外延界面处不良微结构的产生。借助于RHEED以及TEM等表征手段证实了采用上述技术路线在自支撑GaN衬底上制备的同质GaN外延薄膜的位错密度可以降低至5×105 cm-2。2.针对绿光LED器件的发光效率低的问题,本文利用PA-MBE技术在绿光LED外延片上外延出具有n++/n+结构的GaN外延层,从而与LEDs外延片顶部p+-GaN形成p+/n++/n+结构的隧道结。利用MBE对外延层界面控制的优势以及通过对GaN外延层的重掺(≈1020/cm3)有效降低了隧道长度,提高了正向小偏压下载流子的带间隧穿概率。与传统结构的Micro-LEDs相比,隧道结的引入不仅简化了器件的制备工艺,而且还提高了器件的发光效率。在注入电流密度为32A/cm2时,隧道结Micro-LEDs和传统结构的Micro-LEDs的Droop衰减比率分别为75%和53%。3.采用PA-MBE技术在Si（111）衬底上采用Al N成核层进行自组装GaN纳米柱的生长,以及GaN纳米柱基长波长InGaN/GaN多量子阱结构的外延生长。提出采用高温退火氮化技术对低温沉积的金属Al进行处理来抑制GaN纳米柱底部寄生GaN的生长;分析并提出了该生长条件下Ga吸附原子的运动扩散模型;探索了生长温度及Ga/N比对自组装GaN纳米柱形貌的影响;通过控制不同量子阱的生长温度,实现波长在橙、红光范围的长波长复合光InGaN/GaN纳米柱多量子阱结构的制备。
陈扶[7]（2020）在《垂直型GaN基UMOSFET的外延生长和电学特性研究》文中提出目前,GaN基功率器件的应用领域主要在中低压范围,包括很大一部分消费电子市场。在高压领域,GaN高压器件的性能主要取决于GaN单晶材料和GaN垂直型功率器件的发展。在垂直型器件中,GaN垂直沟槽型MOSFET（UMOSFET）属于增强型器件,不存在JFET区,可以实现更高的元胞密度。本论文主要开展了 GaN垂直型UMOSFET的外延生长及电学特性研究,改善了外延生长条件,探究了电学特性与关键工艺的依赖性,设计了新型器件结构,并初步探索了CAVET（current-aperture vertical electron transistor）器件。具体研究内容如下:1、二次外延界面污染研究。CV测试显示MOCVD外延生长前经过1180℃持续900 s的高温退火可以将GaN基板二次外延界面处的背景载流子浓度降低一个量级。2、调节MOCVD外延生长参数引入刃位错,并实现非故意C掺杂,从而降低GaN外延层的背景载流子浓度。通过切换N2为GaN成核层载气,同时降低生长压强和V/III比促进C的并入,可以实现方块电阻大于106Ω/□的GaN外延层。基于优化后缓冲层制备GaNHEMTs,开关可达0.96×108,击穿电压621 V。3、U型槽的刻蚀工艺条件优化。重点研究了刻蚀气体流量、RF功率和刻蚀掩模等刻蚀参数,通过原子力显微镜表征不同刻蚀条件下的刻蚀形貌、表面粗糙度和刻蚀速率等。实验结果表明光刻胶作刻蚀掩模时侧壁对刻蚀离子有反射作用,会出现微沟槽现象,而采用SiO2硬掩模可以避免此现象。由于m面{1100}上的Ga原子更易受OH-攻击,四甲基氢氧化铵（TMAH）热溶液对m面的湿法腐蚀作用比a面{1120}更明显,处理后m面的侧壁表面更光滑。4、基于上述工作,分别制备了具有叉指状结构的条形元胞器件和侧壁沟道沿m面和a面的六边形元胞器件。实验表明条形器件的饱和电流为226 A/cm2,沟道场效应迁移率72 cm2/V·s,导通电阻4.0mΩ·cm2,并分析了器件的导通电阻模型。击穿电压约400 V,SiO2与GaN界面处形成的正价带带阶成为空穴聚集的势阱,使得在SiO2区域产生电场集中导致提前击穿。研究表明,采用较小的RF功率和采用SiO2掩模的器件可以获得更高的饱和电流和沟道迁移率以及更低的界面态密度。六边形元胞器件可以增加沟道密度,对该器件的研究可为实现大元胞密度的大功率器件打下基础。实验表明,侧壁沟道沿m面的器件沟道迁移率约是沿a面的1.8倍,导通电阻比a面下降34%,界面态密度和亚阈值摆幅也更小,经研究确定,这种现象与TMAH对不同晶面的腐蚀作用不同有关。5、基于Silvaco TCAD仿真软件设计了三种能够改善器件优值的新型GaN UMOSFET器件结构。研究了 p-GaN遮蔽层与n-GaN电流扩散层结合的UMOSFET结构,在关态下,p-GaN遮蔽层有效降低了介质层电场,提高可靠性;在开态下,电流扩散层可以削弱遮蔽层带来的体JFET电阻的贡献。研究了具有超结漂移区的UMOSFET,通过实现电荷平衡提高器件击穿电压,器件优值最高5.23 GW/cm2。借鉴终端场限环结构,在漂移区引入p-GaN埋层岛,调节埋层岛长度和掺杂浓度优化漂移区的电场分布,器件的优值可以达到2.92 GW/cm2。6、成功制备了 A1离子注入GaN和Mg掺杂p-GaN作为电流阻挡层的CAVET器件。两种结构的CAVET均可实现开启与关断,其中p-GaN作电流阻挡层的器件饱和电流为631.7 A/cm2,导通电阻为6.56 mΩ·cm2,开关比为1.9×107。同时对两种技术路线进行了评价,并提出了相应的改进思路。
马遥[8]（2020）在《太赫兹频段GaN基共振隧穿二极管的工艺研究》文中指出随着5G时代的到来,毫米波/亚毫米波在无线通信领域得到了广泛的应用,作为频率更高的THz波肩负着未来通信发展的重任。THz辐射源是现阶段研究的重点,而共振隧穿二极管（Resonant Tunneling Diode,缩写为RTD）作为其中具有代表性的两端负阻器件具有极大的应用价值和发展前景。RTD基于量子的共振隧穿效应,产生负微分电阻现象（Negative Differential Resistance,缩写为NDR）,在交流电路中产生高频率的振荡。早期的研究人员制作了基于GaAs的RTD器件,但由于GaAs材料的局限性,其输出功率仅有几微瓦,无法用在高速电路中。随着近年来第三代半导体的发展,GaN作为其中的优秀代表脱颖而出,因其大的禁带宽度、高迁移率、高热导率等特点,成为制作大功率RTD器件的重要选择。本文以GaN基RTD器件为研究对象,制备出完整的器件并表征、测试,根据深层次微观机理进行仿真模拟,与实验结果对比,解释非理想效应的原因,并提出改进措施,验证其可行性,以上这些构成了本文的核心。本论文主要包括工艺制备和理论分析两方面:在工艺制备方面,本文采用金属有机气相沉积（Metal Organic Chemical Vapor Deposition,缩写为MOCVD）外延技术,在同质GaN自支撑衬底上生长了AlGaN/GaN和AlN/GaN异质结,并通过高分辨率X射线衍射、拉曼光谱测量、透射电子显微镜以及场发射电子扫描显微镜等方法对外延实验片进行表征,根据测试结果判断外延质量,并不断改进MOCVD的工作条件和外延厚度。其后,采用四种不同的工艺流程分别流片制造完整的GaN基RTD器件,根据实验结果分析每种工艺的优劣,从中选择最合适的工艺流程。对欧姆接触电极采用模型测试欧姆接触的质量,并对器件的I-V直流特性测试。测试结果显示RTD在正向电压扫描上呈现出清晰的NDR现象,但出现不可重复的NDR效应,同时在对器件进行正反向偏置电压扫描时,I-V特性呈现出非对称性。并且扫描电压从0-5V增长后,再从5-0V回扫,NDR现象消失,出现滞回现象。从微观机理方面分析不可重复性、滞回性以及非对称性,通过计算得到III族氮化物材料参数,拟合出嵌入于商用Silvaco-Altas数值模拟仿真器中的迁移率、速场、电离、复合等模型的相关系数参数,得到用于仿真的III族氮化物相关材料模型,在此基础上,通过平面非平衡格林函数电子输运模型对GaN基RTD器件成功建模。利用数值模型对实验结果进行了分析,分析结果揭示出正是极性导致强的内建电场改变了RTD有效区的势垒结构、能带以及电子分布,从而影响了透射系数和缺陷的电离率,最终导致器件NDR可重复次数下降以及正反偏置电流的不对称性、滞回性。提出沿着非极性方向生长GaN材料,从而制备非极性的RTD器件,仿真得到器件结构以及较为理想、性能更高的GaN基RTD器件,从理论模拟层面验证这一方法的可行性。
李媛[9]（2020）在《Si衬底上GaN基近紫外LED的缺陷控制及能带调控》文中进行了进一步梳理GaN基近紫外发光二极管（Light Emitting Diode,LED）具有体积小、功耗低、寿命长、无毒无害等诸多方面的优点,可广泛应用于生物医疗、固化、杀菌消毒、防伪检测等领域,因此受到人们的广泛关注。为了大力推动近紫外LED的市场化,“低成本、大功率”是重要的发展方向。目前,Si衬底由于具有热导率高、成本低、大尺寸易于获得等优点,被认为是发展下一代“低成本、大功率”LED的最有潜力的衬底之一。尽管Si衬底上GaN材料的外延技术已取得一定的发展,但目前仍存在以下几个方面的问题,制约着Si衬底上近紫外LED性能的进一步突破:首先,Si与GaN之间的热失配易使GaN薄膜产生裂纹,从而导致器件失效;其次,Si与GaN之间的较大的晶格失配使GaN薄膜的位错密度偏高,而近紫外LED由于缺乏In的局域化效应,对位错等缺陷较长波长LED更为敏感;最后,有源区中的极化效应降低了载流子的输运及辐射复合效率,使得高光效的近紫外LED难以获得。为了获得Si衬底上高性能的近紫外LED器件,针对以上问题,本论文按照“基于无裂纹GaN的近紫外LED外延材料与芯片的制备”→“LED外延薄膜的缺陷控制”→“LED外延结构的能带调控”的研究思路展开,取得的主要成果如下:第一,通过AlGaN步进缓冲层的设计获得了无裂纹的GaN薄膜,并实现了Si衬底上GaN基近紫外LED外延薄膜及芯片的制备。由于AlN与GaN之间较大的晶格失配,直接外延在AlN缓冲层上的GaN薄膜表面往往布满贯穿裂纹。本论文通过设计不同结构的AlGaN步进缓冲层成功获得了无裂纹的GaN薄膜,并揭示了AlGaN步进缓冲层对GaN薄膜应力及缺陷的调控机理。AlGaN的面内晶格常数较GaN小,可为GaN的生长提供压应力补偿效应。同时,AlGaN步进缓冲层的引入可在每个界面使位错发生偏转湮灭,从而使GaN薄膜的位错密度减少。相应地,GaN薄膜中由失配位错及位错运动引起的压应力弛豫大幅度减少,因此得到了更好的压应力补偿效应。本论文采用双层AlGaN步进缓冲层成功获得了无裂纹的GaN薄膜。在此基础上,通过In GaN量子阱的组分调控实现了发光波长为395 nm的LED外延薄膜,并制备了相应的垂直结构LED芯片。在350 m A的注入电流下,所制备芯片的光输出功率为326 m W,工作电压为3.70V。第二,通过AlN缓冲层的结构设计提高了缓冲层的质量,控制了LED外延薄膜的缺陷,进一步提升了近紫外LED的光电性能。AlN缓冲层作为底层缓冲层,它的质量对于其后生长的LED外延薄膜的质量有着至关重要的影响。但由于Si与AlN之间的界面反应以及Al原子较低的迁移率,高质量的AlN缓冲层往往难以获得。一方面,本论文通过设计低温形核层结构抑制了在高温下Si与N之间的相互扩散,从而获得了突变的Si/AlN异质界面,提高了AlN的晶体质量;另一方面,通过设计多层高-低V/III转换结构释放了AlN薄膜中的部分应力,促进了Al原子的横向迁移,改善了AlN的表面形貌,从而获得了愈合完全的AlN薄膜。随着AlN缓冲层质量的提升,LED外延薄膜的缺陷得到了有效控制,位错密度从1.4×109 cm-2下降至3.1×108 cm-2。在350 m A的注入电流下,相应的LED芯片的光输出功率增加至421 m W,提升了29%。第三,基于能带调控设计了新型的电子阻挡层（Electron blocking layer,EBL）及多量子阱（Multiple quantum wells,MQWs）结构,抑制了有源区中的极化效应,实现了高性能的近紫外LED器件。一方面,本论文设计了8个周期的Al In GaN/GaN超晶格EBL结构,抑制了最后一个量子垒与EBL界面处的极化效应,增强了EBL对电子的阻挡能力及EBL处的空穴注入效率。相应的芯片测试结果表明,在350 m A的注入电流下,超晶格EBL结构使LED的光输出功率提升17%;另一方面,本论文设计了新型的GaN/AlGaN/GaN多量子垒结构,在保有对载流子的高势垒高度的同时还抑制了MQWs中的极化效应,增强了载流子空间重合度和辐射复合效率。并且,采用两步温度控制的GaN垒插入层有效地改善了MQWs的晶体质量。最终,本论文成功获得了Si衬底上高光效的紫外LED器件。在350 m A的注入电流下,LED的光输出功率为659 m W、外量子效率为60%。综上,本论文一方面通过缓冲层技术实现了Si衬底上LED外延薄膜的应力及缺陷的控制,另一方面通过有源区的结构设计和能带调控增强了LED的载流子输运性能和辐射复合效率,最终获得了高性能的Si衬底上GaN基近紫外LED器件。上述研究成果为高性能的Si衬底上GaN基微电子及光电子器件提供了重要指导。
王江涛[10]（2020）在《利用新型图形化衬底与SiNx插入层提高GaN外延层晶体质量的相关设计》文中研究指明随着氮化镓（Ga N）基发光二极管（LED）应用越发广泛,对器件性能的要求也越来越高,需要我们制备出高质量的Ga N外延薄膜以提升LED器件的光学性能和电学性能。当前我们生长Ga N材料主要是蓝宝石衬底上异质外延。由于Ga N材料与蓝宝石之间的晶格失配较大,因此在外延层中会产生较大的扩展缺陷,影响晶体质量。采用横向外延生长技术是提高晶体质量的一种有效方法,但它需要在Ga N生长过程中进行额外的制程工艺,导致其较高的生产成本和效率低下。目前,已经提出由横向外延过生长演变而来的技术,在提高晶体质量的同时可以减少额外的外部操作,例如图形化蓝宝石衬底（PSS）,原位Si Nx插入层技术。另一方面,蓝宝石衬底与Ga N材料的晶格失配不仅导致扩展缺陷的产生,还会导致Ga N外延层中应力的增加,激发量子限制斯塔克效应,使得光性能降低。解决这种问题的最有效方式是生长能够并入高铟组分的半极性（11-22）面Ga N。主要的工作与结论如下:1. 我们在PSS的基础上设计了Si O2掩模的图案化蓝宝石衬底（SMPSS）,并在其上进行金属有机化学气相沉积而生长出具有超低穿透位错（TD）密度的c面Ga N外延层。这些图案表现为在c面蓝宝石周围周期性突出一层薄薄的蓝宝石基座,在其上沉积微米级Si O2锥形。截面透射电子显微镜结果表明,在SMPSS上生长的Ga N膜具有8.5×106 cm-2的超低TD密度,比PSS生长的Ga N小一个数量级。2. 我们在标准原位沉积Si Nx插入层的基础上设计一种单Si Nx插入层的方法,在m面蓝宝石衬底上生长具有低缺陷密度的半极性（11-22）Ga N薄膜。半极性Ga N膜的X射线衍射摇摆曲线的线宽随着Si Nx沉积时间的增加而减小。横截面透射电子显微镜分析证实,该方法极大地降低了半极性Ga N膜的TD密度,降低至7×108 cm-2,这比常规沉积的Ga N薄膜小两个数量级。3. 我们在标准原位沉积Si Nx插入层的基础上还设计一种双Si Nx插入层的方法,在m面蓝宝石衬底上生长缺陷密度显着降低的半极性（11-22）Ga N薄膜。X射线摇摆曲线测量结果表明,半极性Ga N膜沿[11-23]和[10-10]方向均具有相对较低的半高宽,为0.119o。此外,透射电子显微镜分析证实,半极性Ga N膜的TD密度可显着降低,降低至6×108 cm-2,这比常规沉积的Ga N薄膜要小两个数量级。
二、Ⅲ族氮化物外延层中的缺陷（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Ⅲ族氮化物外延层中的缺陷（论文提纲范文）
（1）非极性α面AlN材料中缺陷调控及物性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 引言 |
| 1.1 前言 |
| 1.2 AlN材料的极化效应 |
| 1.2.1 极化效应的产生 |
| 1.2.2 极化效应的影响 |
| 1.2.3 减小极化效应的方法 |
| 1.3 非极性AlN研究进展 |
| 1.3.1 非极性AlN的研究现状 |
| 1.3.2 存在的问题及挑战 |
| 1.4 本论文主要研究内容 |
| 第二章 非极性AlN材料生长与表征方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 MOCVD外延技术 |
| 2.3 AlN基材料表征方法 |
| 2.3.1 X射线衍射技术(XRD) |
| 2.3.2 扫描电子显微镜(SEM) |
| 2.3.3 原子力显微镜(AFM) |
| 2.3.4 拉曼光谱(Raman) |
| 2.3.5 透射电子显微镜(TEM) |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 高温热处理调控α-AlN缺陷研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 热处理温度对α-AlN缺陷影响研究 |
| 3.2.1 α-AlN缺陷密度分析 |
| 3.2.2 α-AlN缺陷演变机理研究 |
| 3.3 热处理时间对α-AlN缺陷影响研究 |
| 3.4 α-AlN再外延生长及缺陷研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 高温热处理α-AlN形貌演变研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 热处理温度对α-AlN形貌及光学性质影响 |
| 4.2.1 α-AlN表面形貌演变机理研究 |
| 4.2.2 α-AlN透光性质分析 |
| 4.3 热处理时间对α-AlN形貌及光学性质影响 |
| 4.3.1 α-AlN表面形貌演变研究 |
| 4.3.2 α-AlN透光性质分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（2）基于电化学反应的GaN基纳米材料与器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 Ⅲ族氮化物半导体材料的基本性质 |
| 1.2.1 晶体结构 |
| 1.2.2 化学性质 |
| 1.2.3 物理性质 |
| 1.2.4 能带结构 |
| 1.2.5 极化效应 |
| 1.3 Ⅲ族低维氮化物材料 |
| 1.3.1 量子点 |
| 1.3.2 纳米柱 |
| 1.4 基于Ⅲ族氮化物的光电化学研究现状 |
| 1.4.1 基于Ⅲ族氮化物的光电化学电池研究 |
| 1.4.2 基于Ⅲ族氮化物的柔性透明电子器件研究 |
| 1.5 本论文的研究内容以及架构安排 |
| 第2章 分子束外延设备及材料器件表征技术 |
| 2.1 分子束外延技术(MBE) |
| 2.1.1 GEN20AMBE外延设备 |
| 2.1.2 MBE生长的基本过程 |
| 2.1.3 MBE生长中的源束流 |
| 2.1.4 MBE原位检测系统RHEED |
| 2.2 材料性能表征 |
| 2.2.1 高分辨X射线衍射(HRXRD) |
| 2.2.2 扫描电子显微镜(SEM) |
| 2.2.3 原子力显微镜(AFM) |
| 2.2.4 透射电子显微镜(TEM) |
| 2.2.5 X射线光电子能谱(XPS) |
| 2.2.6 光致发光系统(PL) |
| 2.3 电化学反应装置 |
| 2.3.1 H型电解池 |
| 2.3.2 气相色谱仪 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 InGaN薄膜光电化学电池研究 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 实验方案 |
| 3.2.1 InGaN薄膜光电极制备 |
| 3.2.2 实验原料及设备 |
| 3.2.3 光电化学反应装置 |
| 3.3 InGaN薄膜材料表征 |
| 3.4 InGaN薄膜光电化学反应 |
| 3.4.1 InGaN薄膜光催化还原CO_2 |
| 3.4.2 InGaN/C_3N_4异质结光催化还原CO_2 |
| 3.5 p-GaAs//n-GaN键合异质结电学性能分析 |
| 3.5.1 p-GaAs//n-GaN键合异质结结构表征 |
| 3.5.2 键合样品的电学性能分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 低维InGaN材料光电化学电池研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 实验方案 |
| 4.2.1 低维InGaN材料光电极制备 |
| 4.2.2 光电化学反应装置 |
| 4.3 InGaN量子点材料性能表征 |
| 4.4 InGaN量子点光电化学反应 |
| 4.4.1 InGaN量子点/C_3N_4异质结光催化还原CO_2 |
| 4.4.2 InGaN QDs光催化还原CO_2 |
| 4.5 InGaN纳米柱的光电化学反应 |
| 4.5.1 InGaN纳米柱的材料表征 |
| 4.5.2 InGaN纳米柱光催化还原CO_2 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于电化学反应InGaN纳米柱柔性薄膜制备 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 实验方案 |
| 5.2.1 InGaN纳米柱光电极制备 |
| 5.2.2 实验原料及设备 |
| 5.2.3 电化学反应装置 |
| 5.3 InGaN纳米柱结构柔性薄膜制备 |
| 5.3.1 AlN层对InGaN柔性薄膜制备的影响 |
| 5.3.2 刻蚀溶液对InGaN纳米柱柔性薄膜制备的影响 |
| 5.3.3 InGaN纳米柱密度对柔性薄膜制备的影响 |
| 5.3.4 InGaN纳米柱柔性薄膜制备刻蚀机理分析 |
| 5.4 InGaN纳米柱柔性薄膜表征 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 基于电化学反应AlGaN纳米柱柔性薄膜制备 |
| 6.1 前言 |
| 6.2 实验方案 |
| 6.2.1 AlGaN纳米柱MBE外延 |
| 6.2.2 实验原料及设备 |
| 6.2.3 电化学反应装置 |
| 6.2.4 AlGaN纳米柱薄膜探测器制备 |
| 6.3 AlGaN纳米柱柔性薄膜制备 |
| 6.3.1 AlGaN纳米柱表征 |
| 6.3.2 AlGaN纳米柱柔性薄膜制备 |
| 6.3.3 AlGaN纳米柱柔性薄膜刻蚀机理 |
| 6.3.4 AlGaN纳米柱柔性薄膜表征 |
| 6.4 AlGaN纳米柱薄膜探测器 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（3）InGaN/GaN多量子阱中缺陷对其结构和性能的影响研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1. 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 GaN基半导体化合物的基本物理特性 |
| 1.2.1 Ⅲ族氮化物晶体结构和基本性质 |
| 1.2.2 InGaN/GaN多量子阱(MQWs)结构 |
| 1.3 GaN基LED简述 |
| 1.3.1 LED结构 |
| 1.3.2 LED发光原理 |
| 1.3.3 LED Efficiency Droop |
| 1.4 GaN基LED的缺陷研究进展 |
| 1.4.1 点缺陷 |
| 1.4.2 位错 |
| 1.4.3 V-pit缺陷 |
| 1.5 GaN基LED原位透射显微镜实验研究 |
| 1.6 选题意义与研究内容 |
| 1.6.1 选题意义 |
| 1.6.2 研究内容 |
| 2. GaN薄膜生长和表征方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 MOCVD设备 |
| 2.2.1 MOCVD设备现状 |
| 2.2.2 MOCVD设备组成和优势 |
| 2.3 MOCVD生长原理 |
| 2.3.1 MOCVD原理 |
| 2.3.2 MOCVD工艺 |
| 2.4 高分辨X射线光谱仪 |
| 2.4.1 HRXRD简介 |
| 2.4.2 MQWs衍射运动学 |
| 2.5 聚焦离子束刻蚀机 |
| 2.6 透射电子显微镜 |
| 2.7 原位透射电子显微实验方法 |
| 2.8 光致发光谱仪 |
| 2.9 本章小结 |
| 3. 原位老化下蓝、绿光InGaN/GaN MQWs的点缺陷产生及其发光特性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 原位老化下蓝光InGaN/GaN MQWs的点缺陷产生及其发光特性研究 |
| 3.2.1 GaN基蓝光LED外延生长 |
| 3.2.2 HRXRD、STEM和PL结果与讨论 |
| 3.3 原位老化下蓝光InGaN/GaN MQWs的点缺陷产生及其发光特性研究 |
| 3.3.1 GaN基绿光LED生长及TEM样品制备 |
| 3.3.2 结构、性能及理论模拟分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4. V-pits缺陷生长机理及对绿光InGaN/GaN MQWs发光性能影响研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 GaN/AlGaN V-pits生长机理研究 |
| 4.2.1 实验部分 |
| 4.2.2 V-pits的结构分析及其生长机理分析 |
| 4.3 绿光InGaN/GaN MQWs中V-pits对其发光特性的影响研究 |
| 4.3.1 GaN基绿光LED外延生长 |
| 4.3.2 V-pits的结构、发光特性以及相关机理分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于V-pits缺陷调控生长三基色InGaN/GaN MQWs白光LED |
| 5.1 引言 |
| 5.2 三基色InGaN/GaN MQWs外延生长 |
| 5.3 结果分析 |
| 5.3.1 SEM表面形貌分析 |
| 5.3.2 HRXRD分析 |
| 5.3.3 STEM分析 |
| 5.3.4 CL分析 |
| 5.3.5 PL分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6. 原位电学TEM下绿光LED中InGaN/GaN MQWs的缺陷行为 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 GaN基绿光LED原位电学芯片制备 |
| 6.3 原位实验结果与讨论 |
| 6.4 本章小结 |
| 7. 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的主要成果 |
（4）半导体材料铟铝（镓）氮薄膜的光学性能与结构研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 InAlN材料物理性质及应用方向 |
| 1.3 InAlN材料的生长工艺 |
| 1.4 论文研究内容及章节安排 |
| 第二章 实验表征测量和仪器介绍 |
| 2.1 X射线光电子能谱 |
| 2.1.1 X射线光电子能谱原理介绍 |
| 2.1.2 X射线光电子能谱实验仪器介绍 |
| 2.2 椭圆偏振光谱 |
| 2.2.1 椭圆偏振光谱原理介绍 |
| 2.2.2 椭圆偏振光谱实验仪器介绍 |
| 2.3 原子力显微镜 |
| 2.4 场发射扫描电镜 |
| 2.5 高分辨X射线衍射谱 |
| 2.5.1 X射线衍射谱原理介绍 |
| 2.5.2 X射线衍射谱仪介绍 |
| 2.6 拉曼光谱 |
| 第三章 InAl(Ga)N薄膜表面化学键及能带结构研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 InAl(Ga)N薄膜X射线光电子能谱分析 |
| 3.3 InAl(Ga)N薄膜角分辨X射线光电子能谱分析 |
| 3.4 InAl(Ga)N/GaN异质结构能带偏移分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 InAl(Ga)N样品结构及薄膜光学性质分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 InAl(Ga)N样品结构分析 |
| 4.3 InAl(Ga)N薄膜光学性质分析 |
| 4.4 InAl(Ga)N薄膜变温下光学性质变化 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 InAl(Ga)N晶体结构分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 InAl(Ga)N薄膜X射线衍射分析 |
| 5.3 InAl(Ga)N薄膜拉曼光谱分析 |
| 5.4 变温下InAl(Ga)N薄膜光学声子模分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表论文情况 |
（5）氮化物宽禁带半导体的MOCVD大失配异质外延（论文提纲范文）
| 0 引 言 |
| 1 氮化物半导体MOCVD大失配异质外延的发展历史和趋势 |
| 2 蓝宝石衬底上AlN、高Al组分AlGaN的MOCVD外延生长和p型掺杂 |
| 2.1 AlN、高Al组分AlGaN的外延生长和p型掺杂面临的挑战 |
| 2.2 AlN和高Al组分AlGaN的外延生长及其缺陷、应力控制 |
| 2.3 AlGaN基量子阱结构的外延生长 |
| 2.4 高Al组分 AlGaN的p型掺杂及深紫外发光器件研制 |
| 3 Si衬底上GaN及其异质结构的外延生长和缺陷控制 |
| 3.1 Si衬底上GaN及其异质结构外延生长面临的挑战 |
| 3.2 Si衬底上GaN薄膜的大失配诱导应力控制外延方法 |
| 3.3 Si衬底上AlGaN/GaN和InAlN/GaN异质结构的外延生长 |
| 3.4 高空位浓度位错调控层的引入和Si衬底上GaN厚膜的外延生长 |
| 3.5 Si衬底上GaN外延层中的C、H杂质 |
| 4 结语与展望 |
（6）GaN基材料的分子束外延及其发光器件的制备与表征（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 氮化物半导体材料概述 |
| 1.1.1 氮化物半导体材料的发展历史 |
| 1.1.2 氮化物半导体材料的基本性质 |
| 1.2 氮化镓基发光二极管研究现状 |
| 1.2.1 氮化镓基发光二极管发展的制约因素 |
| 1.2.2 几种氮化镓基发光二极管的改进方案概述 |
| 1.3 长波长、高光效氮化镓基发光二极管MBE外延难点及研究现状 |
| 1.3.1 GaN薄膜二次外延技术 |
| 1.3.2 GaN纳米柱及GaN纳米柱基InGaN/GaN量子阱结构 |
| 1.4 论文结构与研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 分子束外延技术及常用的表征技术简介 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 氮化物分子束外延系统及其外延原理 |
| 2.3 测试表征方法简介 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 分子束同质外延GaN薄膜的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 分子束外延高质量GaN薄膜技术的研究 |
| 3.2.1 表面Ga原子层控制技术 |
| 3.2.2 表面及界面处理技术 |
| 3.3 分子束外延n型GaN薄膜的研究 |
| 3.3.1 样品的制备及形貌表征 |
| 3.3.2 样品的电学性能测试及分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 隧穿结Micro-LEDs的制备及其特性的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 隧道结绿光LEDs结构的外延生长及Micro-LEDs器件的制备 |
| 4.2.1 隧道结绿光LEDs的外延生长 |
| 4.2.2 隧道结绿光Micro-LEDs器件的制备 |
| 4.3 隧道结Micro-LEDs性能分析 |
| 4.3.1 Micro-LEDs结构在提高LEDs调制带宽上的影响 |
| 4.3.2 隧道结Micro-LEDs结构漏电特性研究 |
| 4.3.3 隧道结Micro-LEDs结构光电特性分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 自组装GaN纳米柱的制备及GaN纳米柱基InGaN/GaN多量子阱结构的制备与表征 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 自组装GaN纳米柱的制备及生长机制分析 |
| 5.2.1 金属Al退火温度对纳米柱形貌的影响 |
| 5.2.2 金属Al沉积时间对纳米柱形貌的影响 |
| 5.2.3 N/Ga比对纳米柱形貌的影响 |
| 5.3 InGaN/GaN多量子阱纳米柱的制备与表征 |
| 5.3.1 高In组分InGaN纳米柱的制备与表征 |
| 5.3.2 长波长复合光InGaN/GaN多量子阱纳米柱的制备与表征 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 全文总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 攻读博士期间发表学术论文、参加学术会议和申请专利情况 |
| 致谢 |
（7）垂直型GaN基UMOSFET的外延生长和电学特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 GaN基横向器件存在的挑战 |
| 1.2 GaN单晶生长研究进展 |
| 1.3 GaN基垂直型功率器件的研究现状 |
| 1.3.1 GaN垂直型二极管 |
| 1.3.2 GaN垂直型晶体管 |
| 1.3.3 硅基GaN垂直型器件 |
| 1.4 研究目的和主要研究内容 |
| 第2章 Ⅲ族氮化物材料和外延生长基本原理 |
| 2.1 Ⅲ族氮化物的基本特性 |
| 2.2 金属有机物化学气相沉积 |
| 2.2.1 外延生长的定义与分类 |
| 2.2.2 MOCVD中的反应动力学 |
| 2.2.3 MOCVD设备组成 |
| 2.3 GaN电学测试表征 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 GaN UMOSFET的材料外延与工艺研究 |
| 3.1 器件基本工作原理 |
| 3.2 器件外延结构及其制备流程 |
| 3.2.1 基于MOCVD的器件结构外延 |
| 3.2.2 器件制备工艺步骤 |
| 3.3 MOCVD外延条件优化 |
| 3.3.1 改善退火条件减少界面污染 |
| 3.3.2 非故意C掺杂实现高阻GaN缓冲层 |
| 3.4 关键工艺优化研究 |
| 3.4.1 沟槽刻蚀条件与沟槽形貌 |
| 3.4.2 U型槽侧壁的TMAH湿法腐蚀 |
| 3.4.3 埋层p-GaN的激活 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 GaN UMOSFET的电学特性研究 |
| 4.1 基本器件结构与特性 |
| 4.2 器件基本参数 |
| 4.2.1 阈值电压 |
| 4.2.2 开关比和击穿电压 |
| 4.2.3 导通电阻 |
| 4.2.4 迁移率 |
| 4.2.5 亚阈值摆幅与界面态密度 |
| 4.3 具有叉指状结构的条形元胞器件 |
| 4.3.1 电学特性表征 |
| 4.3.2 U型槽刻蚀射频功率对器件特性的影响 |
| 4.3.3 U型槽刻蚀掩模对器件特性的影响 |
| 4.4 侧壁沟道沿m面和a面的六边形元胞器件 |
| 4.4.1 直流特性对比 |
| 4.4.2 动态特性对比 |
| 4.4.3 栅源和栅漏电容 |
| 4.5 GaN MOSCAP的反向击穿特性 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 新型垂直型功率器件的设计与制备 |
| 5.1 新型GaN UMOSFET器件设计 |
| 5.1.1 p型GaN遮蔽层与n型GaN电流扩散层 |
| 5.1.2 超结漂移区 |
| 5.1.3 p-GaN埋层岛 |
| 5.2 CAVET的设计与制备 |
| 5.2.1 CAVET的工作原理 |
| 5.2.2 Al注入GaN作为CBL的CAVET |
| 5.2.3 p-GaN作为CBL的CAVET |
| 5.3 UMOSFET与CAVET的正向导通特性对比 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 本文主要内容 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（8）太赫兹频段GaN基共振隧穿二极管的工艺研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 毫米波/亚毫米波共振隧穿二极管的研究背景及发展 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本论文工作内容和计划安排 |
| 第二章 GaN基 RTD器件工作原理与仿真 |
| 2.1 RTD工作原理 |
| 2.1.1 共振隧穿效应 |
| 2.1.2 RTD中隧穿电流、峰值电压的组成 |
| 2.2 RTD器件模型 |
| 2.3 Ⅲ族氮化物特性 |
| 2.4 Silvaco ATLAS仿真软件的设置 |
| 2.4.2 基本半导体方程 |
| 2.4.3 Ⅲ族氮化物相关材料参数 |
| 2.4.4 GaN材料的物理效应和模型 |
| 2.4.5 数值仿真求解 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 GaN基 RTD材料外延及器件制备 |
| 3.1 氮化物薄膜生长技术 |
| 3.1.1 异质外延和同步外延 |
| 3.1.2 外延工艺 |
| 3.2 RTD器件的外延生长 |
| 3.3 RTD器件工艺制备 |
| 3.3.1 传统的GaN器件制备工艺 |
| 3.3.2 采用离子注入改善隔离效果工艺流程 |
| 3.3.3 背面工艺 |
| 3.3.4 空气桥结构工艺 |
| 3.3.5 不同工艺流程的比较 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 GaN基 RTD器件材料表征及测试分析 |
| 4.1 器件表征方法及结果 |
| 4.1.1 X射线衍射 |
| 4.1.2 拉曼光谱测量 |
| 4.1.3 透射电子显微镜(TEM) |
| 4.1.4 场发射扫描电子显微镜(SEM) |
| 4.1.5 原子力显微镜（AFM） |
| 4.2 RTD器件测试 |
| 4.2.1 串联电阻和欧姆接触 |
| 4.2.2 I-V特性测试 |
| 4.3 仿真分析实验结果 |
| 4.3.1 仿真结构及极化电场 |
| 4.3.2 正反向扫描的非对称性 |
| 4.3.3 NDR效应的可重复性和滞回性 |
| 4.4 非极化GaN基 RTD的数值仿真 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 研究总结 |
| 5.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（9）Si衬底上GaN基近紫外LED的缺陷控制及能带调控（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 GaN基 LED固态照明技术 |
| 1.2.1 III族氮化物材料的晶体结构和基本性质 |
| 1.2.2 LED的发光原理 |
| 1.3 GaN基近紫外LED外延材料及结构设计的研究进展 |
| 1.3.1 近紫外LED的衬底选择 |
| 1.3.2 Si衬底上GaN外延材料的研究进展 |
| 1.3.3 近紫外LED结构设计的研究进展 |
| 1.4 本论文的结构安排与研究内容 |
| 1.5 本论文的创新之处 |
| 第二章 外延生长与测试表征 |
| 2.1 MOCVD外延生长技术 |
| 2.1.1 MOCVD设备构造 |
| 2.1.2 原材料的选择 |
| 2.1.3 MOCVD化学反应动力学 |
| 2.2 测试表征方法 |
| 2.2.1 高分辨X射线衍射 |
| 2.2.2 透射电子显微镜 |
| 2.2.3 原子力显微镜 |
| 2.2.4 光学显微镜 |
| 2.2.5 拉曼光谱 |
| 2.2.6 电致发光 |
| 第三章 无裂纹GaN基 LED外延材料与芯片制备 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 Si衬底上无裂纹GaN薄膜的生长 |
| 3.2.1 单层AlGaN缓冲层 |
| 3.2.2 步进AlGaN缓冲层 |
| 3.3 Si衬底上近紫外LED外延结构的生长 |
| 3.3.1 LED功能层的设计与生长 |
| 3.3.2 LED的发光波长调节 |
| 3.3.3 LED外延薄膜的检测与分析 |
| 3.4 Si衬底上垂直结构近紫外LED芯片的制备与研究 |
| 3.4.1 垂直结构近紫外LED芯片的制备 |
| 3.4.2 垂直结构近紫外LED芯片的性能表征 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 近紫外LED外延薄膜的缺陷控制研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 AlN低温形核层设计 |
| 4.2.1 突变的Si/AlN界面 |
| 4.2.2 形核层的温度对LED外延薄膜质量的影响 |
| 4.3 多周期高-低V/III外延层结构设计 |
| 4.3.1 表面愈合完全的AlN缓冲层 |
| 4.3.2 多周期高-低V/III外延层结构对LED外延薄膜质量的影响 |
| 4.4 LED外延薄膜的缺陷对其光电性能的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 近紫外LED结构的能带调控研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 AlInGaN/GaN超晶格EBL设计 |
| 5.2.1 基于超晶格EBL的 LED光电性能的模拟 |
| 5.2.2 超晶格EBL结构增强载流子输运特性机制 |
| 5.2.3 LED外延薄膜及实际芯片性能表征 |
| 5.3 GaN/AlGaN/GaN梯形量子垒设计 |
| 5.3.1 基于梯形量子垒结构的LED光电性能的模拟 |
| 5.3.2 梯形量子垒结构增强载流子辐射复合效率机制 |
| 5.3.3 量子垒结构对MQWs质量及实际器件性能的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附件 |
（10）利用新型图形化衬底与SiNx插入层提高GaN外延层晶体质量的相关设计（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 GaN材料概述 |
| 1.2.1 GaN材料发展历程 |
| 1.2.2 GaN的基本结构 |
| 1.2.3 GaN的电学性质 |
| 1.2.4 GaN的化学性质 |
| 1.3 GaN薄膜的生长 |
| 1.3.1 衬底选择 |
| 1.3.2 GaN的外延生长 |
| 1.3.3 生长缺陷 |
| 1.4 横向外延过生长 |
| 1.4.1 横向外延过生长简介 |
| 1.4.2 横向外延过生长的工艺过程 |
| 1.5 半极性、非极性GaN材料 |
| 1.5.1 自发极化与压电极化 |
| 1.5.2 QCSE |
| 1.5.3 半极性、非极性GaN材料 |
| 1.6 本文工作内容与结构安排 |
| 2 GaN材料的制备与表征技术 |
| 2.1 MOCVD简介 |
| 2.2 材料的制备技术 |
| 2.2.1 等离子增强化学气相沉积(PECVD) |
| 2.2.2 电感耦合等离子刻蚀(ICP) |
| 2.2.3 光刻技术 |
| 2.3 材料的表征技术 |
| 2.3.1 高分辨X射线衍射(HRXRD) |
| 2.3.2 扫描电子显微镜(SEM) |
| 2.3.3 透射电子显微镜(TEM) |
| 3 利用SMPSS横向生长提高极性Ga N薄膜晶体质量 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 PSS的相关知识 |
| 3.2.1 PSS的制备方法 |
| 3.2.2 PSS的减少位错密度的作用机理 |
| 3.2.3 技术的新发展 |
| 3.3 利用SMPSS改善Ga N外延层晶体质量 |
| 3.3.1 实验方法 |
| 3.3.2 实验结果分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 利用SiN_x插入层横向生长提高半极性Ga N薄膜晶体质量 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 采用单SiN_x原位插入层结构获得较高质量的半极性面Ga N |
| 4.2.1 实验方法 |
| 4.2.2 实验结果分析 |
| 4.3 采用双SiN_x原位插入层结构获得高晶体质量的半极性面Ga N |
| 4.3.1 实验方法 |
| 4.3.2 实验结果分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 |
四、Ⅲ族氮化物外延层中的缺陷（论文参考文献）
- [1]非极性α面AlN材料中缺陷调控及物性研究[D]. 隋佳恩. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(08)
- [2]基于电化学反应的GaN基纳米材料与器件研究[D]. 邢志伟. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [3]InGaN/GaN多量子阱中缺陷对其结构和性能的影响研究[D]. 刘青明. 陕西科技大学, 2021(01)
- [4]半导体材料铟铝（镓）氮薄膜的光学性能与结构研究[D]. 千英达. 广西大学, 2021(12)
- [5]氮化物宽禁带半导体的MOCVD大失配异质外延[J]. 沈波,杨学林,许福军. 人工晶体学报, 2020(11)
- [6]GaN基材料的分子束外延及其发光器件的制备与表征[D]. 吴耀政. 南京大学, 2020(12)
- [7]垂直型GaN基UMOSFET的外延生长和电学特性研究[D]. 陈扶. 中国科学技术大学, 2020(06)
- [8]太赫兹频段GaN基共振隧穿二极管的工艺研究[D]. 马遥. 西安电子科技大学, 2020(05)
- [9]Si衬底上GaN基近紫外LED的缺陷控制及能带调控[D]. 李媛. 华南理工大学, 2020(01)
- [10]利用新型图形化衬底与SiNx插入层提高GaN外延层晶体质量的相关设计[D]. 王江涛. 合肥工业大学, 2020(02)