低维Ⅲ族氮化物材料生长及团簇散射研究

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1、密级：——中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences博士学位论文作者姓名：割长速指导教师：筮堑生研塞虽史国整堂睦坐昱佳班嚣压扬尘堑班宜虽生国抖堂隧坐昱佳硒塞压学位类别：王堂簋±学科专业：挝拱塑堡皇坐堂研究所：主国疆堂瞳坐曼佳班塞压2013年05月lIlllIlllllIIlllIllIY2430961GrowthofLow．DimensionalⅢ．NitridematerialsandtheStudyofClusterScatteringByLiuChangboADissertationSubmittedtoTh

2、eUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofEngineeringInstituteofSemiconductors，ChineseAcademyofSciencesMay,2013关于学位论文使用权声明任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经著作权人授权，不得将本论文转借他人并复印、抄录、拍照、或以任何方式传播。否则，引起有碍著作权人著作权益之问题，将可能承担法律责任。关于学位论文使用授权的说明本人完全了解

3、中国科学院半导体所有关保存、使用学位论文的规定，即：中国科学院半导体所有权保留学位论文的副本，允许该论文被查阅；中国科学院半导体所可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该论文。(涉密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：日期：关于学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。签名：导师签名：日期：摘要II

4、I族氮化物半导体材料具有禁带宽度大、临界击穿电压高、电子漂移速度大、热导率高、热稳定性和化学稳定性好等优点，其在光电器件、大功率器件和高压电子器件等领域有着巨大的应用价值，因此成为目前半导体领域研究的热点之一。本论文主要围绕III族氮化物材料生长以及其物理特性展开研究。实验部分：首次利用InN纳米棒为模版制备得到GaN单晶纳米管材料；并利用InGaN插入层协调释放了Si衬底GaN外延薄膜中的应力。理论部分：深入研究了InGaN材料中团簇散射对二维电子气(2DEG)迁移率的影响。具体研究内容和结果如下：1)我们提出了一种制备GaN单晶纳米管材料的新方法。先利用

5、具有不同形貌的InN纳米棒为模版制备得到由InN纳米棒和LT-GaN外延层组成的“核一壳层”(core．shell)结构，再通过改变退火工艺制备得到具有不同形貌和晶体质量的GaN单晶纳米管材料。研究发现：GaN单晶纳米管的形貌和晶体质量，与InN纳米棒模板的形貌和退火工艺参数(如退火温度和退火气氛)密切相关。2)利用InGaN插入层升温分解形成多孔和表面起伏的类图形衬底结构协调释放si衬底GaN薄膜大失配应力，研究引入InGaN插入层后的si衬底GaN外延薄膜表面裂纹分布的变化，通过优化InGaN插入层结构和生长条件，有效的降低了GaN外延层的裂纹密度，提高

6、了晶体质量。3)深入研究了InGaN材料中团簇散射对二维电子气(2DEG)迁移率的影响。(1)对于In。Gal．xN／InyGat-vN量子阱体系，当InGaN团簇的横向尺寸与量子阱宽度相当时，可利用团簇与阱材料之间的导带差引起的基态能级波动来构造散射势，不仅能得到电子迁移率解析表达式，还能极大地简化计算过程。计算结果表明：电子迁移率随团簇的侧向尺寸增加而呈现出先减小后增加的变化趋势，且随着量子阱势垒高度增加而增加，与界面粗糙度散射所报道结果截然相反；(2)对于InGaN／GaN量子阱体系，考虑到InN量子点与InGaN母体材料之间存在着In组分渐变区域，本

7、论文对传统量子点模型进行适当修正，修改后的量子点模型由中心量子点和量子点壳层两部分组成。计算结果表明：基于两种模型计算的结果存在较大偏差，并且这种偏差会随着中心量子点半径的减小，或材料二维电子气浓度的增加而增加。这说明在考虑量子点散射时，若忽略量子点边缘的组分渐变区域，所得的结果与实际情况存在较大差异。低维III族氮化物材料生长及团簇散射研究关键词：GaN单晶纳米管，InGaN插入层，Si衬底GaN，InGaN／GaN量子阱，团簇散射AbstractOwingtothelargebandgapandsuperiorphysicalandchemicalpro

8、perties：highelectronmobili