氧化物衬底上AlN薄膜的制备及对GaN薄膜的诱导生长研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERDISSERTATION论文题目：氧化物衬底上AlN薄膜的制备及对GaN薄膜的诱导生长研究学科专业：材料物理与化学指导教师：朱俊副教授作者姓名：赵丹班学号：200520304033分类号密级注1UDC学位论文氧化物衬底上AlN薄膜的制备及对GaN薄膜的诱导生长研究（题名和副题名）赵丹（作者姓名）指导教师朱俊副教授电子科技大学成都（职务、职称、学位、单位名称及地址）申请学位级别硕士专业名称材料物理与化学论文提交日期2008

2、年3月论文答辩日期2008年4月学位授予单位和日期答辩委员会主席评阅人2008年月日注1：注明《国际十进分类法UDC》类号独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：日期：年月日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并

3、向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：年月摘要摘要第三代宽禁带半导体材料具有击穿场强大、热导率高、载流子迁移率高、抗辐射能力强等特性，在发光二极管(LED)、激光二极管(LD)等光电器件以及高温、高频和大功率电子器件都有广泛的应用前景。在异质外延GaN薄膜时由于缺乏在晶格常数和热膨胀系数上相匹配的衬底材料，难以制备高质量的外延薄膜。因此人们

4、开始研究与GaN具有相似结构，且化学和热稳定性较好的缓冲层材料来诱导生长高质量的GaN薄膜。AlN和GaN同属Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体，具有相同的晶体结构和稳定的物理化学性能，是外延GaN薄膜的理想缓冲层之一。本论文采用激光分子束外延(L-MBE)法在Al2O3和SrTiO3衬底上分别研究了不同结构的AlN缓冲层制备，并以其为缓冲层诱导生长了GaN薄膜。首先，在六方对称的蓝宝石Al2O3衬底上通过分析生长温度、脉冲激光能量和沉积频率等对AlN薄膜的结构和光学性能的影响，得到了在Al2O3衬底上制备AlN薄膜的优化条件：生长温度为650℃，激光能量为200m

5、J/pulse，激光频率2Hz。同时研究了AlN和Al2O3的匹配关系，发现AlN薄膜相对Al2O3衬底在面内旋转了30°，从而减少它们之间的晶格失配度，降低了界面能。它们之间的外延关系为：AlN[1-210]//Al2O3[1-100]，AlN[1-100]//Al2O3[1-210]和AlN(0001)//Al2O3(0001)。其次，在立方对称的SrTiO3(100)单晶基片上优化工艺条件，制备了(200)取向的立方AlN薄膜，实现了AlN薄膜在STO衬底上cube-on-cube的外延生长。研究发现：当温度较低时，AlN为多晶薄膜；随着温度的升

6、高，AlN薄膜以层状模式外延生长。随着N2压强的增大，薄膜的结晶性能提高；当N2压强过高时，薄膜质量又会降低。激光能量为150mJ/pulse时，得到的是非晶薄膜；增大脉冲激光能量，得到立方AlN(200)取向的薄膜，结晶质量随着激光能量的增大而得到提高。XRD和RHEED进一步分析表明立方AlN和STO的外延关系为：AlN[010]//SrTiO3[010]和AlN(100)//SrTiO3(100)，它们之间的晶格失配度为3.5％。最后，采用冷等静压的方法烧结了致密的GaN陶瓷靶，同时以不同结构的AlN作为缓冲层，分别诱导生长了外延的六方和立方Ga

7、N薄膜。XRD和RHEED分析表明：六方纤锌矿结构的GaN外延关系为GaN(0001)//AlN(0001)//Al2O3(0001)，GaN[1-210]//AlN[1-210]//Al2O3[1-100]；立方闪锌矿GaN的外延关系为GaN(100)//AlN(100)//STO(100)，GaN[010]//AlN[010]//STO[010]。h-GaN和c-GaNI摘要的外延衍射峰的半高宽FWHM分别为0.907°和0.053°，表面粗糙度RMS为0.442nm和2.518nm。关键词：AlN，GaN，激光分子束外延法(L-MBE)，SrTi

8、O3，Al2O3IIABSTRACTABSTRACTAsthewide-bandgapsemi