导读:本文包含了衬底材料论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:衬底,氮化,外延,金属,纳米,气相,生长。
衬底材料论文文献综述
易德福[1]（2019）在《砷化镓衬底化学机械抛光材料去除机理及抛光特性研究》一文中研究指出砷化镓单晶是继单晶硅之后发展起来的第二代半导体材料,具有优异的物理化学特性,是国防军工、航空航天、节能环保等领域不可或缺的微电子和光电子基础材料。无论是用于制作集成电路还是功能器件,都要求砷化镓衬底具有极佳的平整度和超光滑表面,否则将直接降低产品性能。目前,普遍采用化学机械抛光实现砷化镓衬底的超光滑加工。但是,砷化镓衬底化学机械抛光过程中存在诸多亟待解决的关键问题,例如:抛光过程材料在微观尺度的去除机理、抛光过程参量对衬底平整度的影响机制等,制约着砷化镓衬底化学机械抛光技术的发展。本文通过理论分析、计算模拟和实验相结合的方法,对砷化镓衬底化学机械抛光过程的材料去除机理和抛光特性进行了系统研究。采用分子动力学方法分析了砷化镓衬底抛光过程中的微观材料变形机制和衬底表面粗糙峰对于材料去除的影响规律。由于砷化镓不同晶体方位的原子结构不同,导致在外力作用下不同晶体方位的砷化镓亚表面非晶化和相变区域的分布是不同的,抛光过程微观尺度上的材料变形以相变和非晶化为主。磨粒作用下衬底粗糙峰发生了复杂的弹塑性变形,接触区域高压引起了非晶化和从闪锌矿向岩盐结构的相变的产生,抛光过程中材料去除表现出的明显的各向异性源于不同晶面的砷化镓的原子面密度和面间距的差异。通过开展划痕实验,明确了砷化镓在外力作用下的材料特性,发现砷化镓衬底的材料去除、可加工性、材料去除率存在显着的各向异性。同时对砷化镓衬底开展了初步抛光实验,结果表明:在抛光过程中,只有压力达到一定程度之后,衬底表面各处的材料去除率才会趋于一致。只有抛光盘转速增加到特定速度后,才能实现抛光过程化学作用和机械作用的平衡,获得较好的表面质量。使用有限元仿真及数值计算的方法建立了基于材料去除过程的衬底表面平整度分析模型,研究发现:抛光过程中对平整度影响较大的加工条件为衬底表面相对于抛光盘的速度,而抛光压力对平整度变化的影响并不显着;为了降低平整度并且获得较大的材料去除效率,应选择合适的抛光工艺参数,使衬底表面各点可获得较高的相对速度。通过砷化镓衬底化学机械抛光实验验证了平整度模型,实验结果和平整度分析模型所获得的结果相一致。随后分析了主要工艺参数对衬底表面粗糙度和平整度的影响规律,获得了可实现砷化镓衬底超光滑加工的最优工艺参数。(本文来源于《北京交通大学》期刊2019-10-01）
韩煦[2]（2019）在《SiC衬底上AlGaN基材料的MOCVD生长及紫外发光器件制备研究》一文中研究指出近年来,基于Ⅲ族氮化物的紫外LED已逐渐成为了国内外的研究热点。与汞灯等传统的紫外光源相比,紫外LED具有体积小、寿命长、节能环保、波长可控、集成性好等优点。紫外LED的可应用范围非常广,如医疗、杀菌消毒、污水处理、空气净化、蛋白质分析。此外,它在紫外固化、安全检测、白光照明以及军事等方面也有所应用。因此,紫外LED具有非常广阔的市场前景和重要的应用价值。AlGaN是直接带隙半导体,通过调节Al组分,其禁带宽度可在3.42~6.2 eV之间变化,对应的波长范围为365~200 nm,这涵盖了较大一部分的紫外波长。另外,AlGaN具有耐高温、抗辐射、波长易控等优点,且该材料无毒无害,更加安全环保,故AlGaN是制备紫外LED的理想材料。目前,受到AlGaN材料晶体质量不理想、AlGaN的p型掺杂难度高、AlGaN量子阱有源区中存在明显的量子限制斯塔克效应(QCSE)等因素的影响,与Ⅲ族氮化物可见光LED相比,AlGaN基的紫外LED外量子效率依然较低。要制得高效的AlGaN基紫外LED仍然需要进行进一步的探索和研究。在本文中,为了缓解AlGaN材料晶体质量差的问题,我们采用了与GaN和AlN之间晶格失配较小的SiC作为衬底,在其上进行了Al(Ga)N的MOCVD生长以及AlGaN基量子阱(MQWs)、AlGaN基分布布拉格反射镜(DBRs)和紫外LED的制备研究,具体研究内容如下:1.SiC衬底上AlN的MOCVD外延生长研究。通过优化V/Ⅲ比,AlN在SiC上的生长模式逐渐由叁维生长转化至二维生长,材料的晶体质量和表面形貌也得到了改善。进一步在优化的V/Ⅲ比基础上,对AlN的生长温度进行了优化。当生长温度为1050℃时,制得的AlN中螺位错密度最低,为1.2×10~8cm~(-2)。2.SiC衬底上AlGaN的MOCVD外延生长研究。由于SiC衬底与AlGaN之间存在较大的热失配,因而在生长结束后的降温过程中,极易在外延层中引入面内张应力,从而导致薄膜内产生大量裂纹。这将不利于材料的质量及器件性能的提高。为了缓解热失配的影响,我们选择在材料的生长过程中预制一定的压应力,主要是通过优化缓冲层的厚度、生长温度及缓冲层的结构来实现这一目的。实验证明,提高缓冲层的厚度、升高缓冲层的生长温度及采用存在Al组分梯度的多层缓冲层结构,皆有利于减小AlGaN外延层中的面内张应力、减少裂纹。同时,我们也研究了缓冲层的生长工艺条件对AlGaN晶体质量及光学性质的影响,研究了V/Ⅲ比对AlGaN组分及其他性质的影响。3.AlGaN薄膜的p型掺杂研究。首先,我们进行了p-Al_(0.35)Ga_(0.65)N的生长,发现Mg掺杂浓度过高会导致p-AlGaN呈现叁维岛状生长,表面粗糙且呈现高阻态。之后,利用MOCVD方法进行了p-AlGaN的极化诱导掺杂研究,所制备的p-AlGaN的Al组分沿生长方向由0.65线性渐变至0.35,获得了空穴浓度为1.3×10~177 cm~(-3)的p-AlGaN薄膜。4.AlGaN基MQWs结构的MOCVD生长研究。我们研究了MQWs的势垒层和势阱层的厚度对其性质的影响。实验表明,保持势垒层厚度不变,减小势阱层的厚度有利于缓解QCSE的影响,提高量子阱的发光强度,获得更短的紫外发光波长。在势阱层厚度不变的情况下,提高势垒层的厚度,更有利于改善量子阱的发光特性。5.SiC衬底上AlGaN基紫外LED的制备研究。基于AlGaN材料和AlGaN基MQWs的研究结果,我们在SiC衬底上制备了垂直结构和水平结构的紫外LED。我们发现垂直结构器件的性能优于水平结构器件。在20 mA的注入电流下,垂直结构LED器件成功实现了电致发光,发光波长为324 nm。而水平结构器件由于受到材料晶体质量及载流子浓度等因素的影响,未能在电致发光谱中测到与有源区相关的发光峰,仅得到杂质发光峰。6.AlGaN基DBRs的制备研究。为在后续的研究工作中进一步改善器件性能,提高器件的发光效率,并针对SiC衬底对紫外光的吸收作用影响光提取效率的问题,我们对AlGaN基DBRs结构进行了设计与制备。在SiC衬底上成功制备了15个周期的表面基本无裂纹的垂直导电n-Al_(0.4)Ga_(0.6)N/n-Al_(0.6)Ga_(0.4)N DBRs和20个周期的未掺杂Al_(0.4)Ga_(0.6)N/Al_(0.6)Ga_(0.4)N DBRs。(本文来源于《吉林大学》期刊2019-05-01）
王匀,丁良兵,刘东光[3]（2019）在《热沉衬底金刚石/铜复合材料表面金属化工艺研究》一文中研究指出为了改善金刚石/铜复合材料的表面特性,采用化学镀镍与电镀金结合的方式。先通过SnCl2溶液和PdCl2溶液对复合材料表面进行敏化、活化等预处理,并研究预处理对后续化学镀镍层产生的影响。通过SEM(扫描电子显微镜)、EDXS(能量色散X射线光谱仪)、OM(光学显微镜)和热振、高温烘烤等实验措施数据的分析对复合镀层进行研究,研究结果表明,通过化学镀加电镀的方法在金刚石/铜复合材料表面得到了高结合力、均匀致密的镍合金镀层。(本文来源于《电子机械工程》期刊2019年02期）
杜莹莹[4]（2018）在《有机受体材料PC_(61)BM和ITIC与金属或惰性衬底的界面电子结构》一文中研究指出在有机场效应器件和有机光伏器件中,广泛存在有机/金属界面和有机/惰性材料界面,界面的能级排布影响界面问的电荷输运,从而直接影响器件的性能。本文以同步辐射光电子能谱(SRPES)测量为主,软X射线吸收谱(XAS)和密度泛函理论(DFT)计算为辅研究了富勒烯衍生物PC61BM及非富勒烯小分子ITIC与一些衬底间的界面电子结构。对于有机/惰性材料界面,能级排布由整数电荷转移模型(ICT模型)决定;这个模型中有一个重要的概念是负整数电荷转移能级(EICT-,对受体分子而言)。鉴于当前非富勒烯受体分子的迅速发展,本文测量了典型的非富勒烯受体小分子ITIC的EICT-,结果为4.00±0.0δeV。我们还用XAS研究了ITIC薄膜内的分子取向,结果表明ITIC在惰性衬底上是face-on取向。本文还用DFT研究了I IC的电子关联和极化子效应,揭示出电子的强关联效应对有机分子电子结构有重要影响。对于有机/金属界面,本文用PES详细研究了 Au(111)、Ag(111)、Au(100)和Ag(100)这四种衬底上PC61BM薄膜的界面电子结构。这里的界面是化学吸附。我们以前提出的TSI+ICT方法(即双子界面模型加上整数电荷转移模型)能够分析这类界面。这部分工作除了拓展了 TSI+ICT方法的内涵和应用范围,还揭示出PC61BM分子的本征偶极矩影响界面处的分子排列方式,进而对界面电子结构有很大影响。最后,我们研究了更复杂的Ca/PC61BM(在PC61BM薄膜上沉积Ca)和PC61BM/Ca(在Ca薄膜上沉积PC61BM)界面的电子结构。这类界面存在显着的金属原子扩散。针对这类界面本文提出了过渡层模型(TL模型)。根据这个模型,电子在从PC61BM薄膜内部传输到Ca金属层的过程中不会遇到能量势垒,界面是欧姆接触。(本文来源于《浙江大学》期刊2018-07-01）
肖勇纯[5]（2018）在《ZnO纳米材料在蓝宝石衬底上的CVD法制备及其性能研究》一文中研究指出ZnO被视为极具潜力的第叁代直接宽带隙II-VI族半导体材料,在光学、电学等方面具备独特的性质,同时它的性能显着地依赖于其形貌和结构,其丰富的形态结构特点决定了它在纳米机械、光催化、电化学、传感器等众多领域展现出广阔的应用前景。人们能够用多种方法生长出ZnO环状、线状、管状、钉状、带状、梳状等多种结构,然而将这些纳米基元原位地组装成规则排列、更加复杂的、结晶品质好的ZnO纳米结构成为了新的研究趋势。本文利用CVD(化学气相沉积)法在蓝宝石衬底上实现了几种不同形貌、整齐排列的氧化锌纳米阵列的可控生长,并表征和分析了其形态结构、生长机理和光电性能等。主要研究内容如下:(1)本文采用了一种简单而又实用的CVD方法,900℃时在镀有金的r面蓝宝石衬底上实现了非极性a面ZnO薄膜和倾斜排列的ZnO纳米线阵列的同步外延生长。通过改变衬底上的镀金厚度控制了纳米线的尺寸,调节Zn与0的比例实现了纳米线的疏密度的控制,还分析了其生长机理。(2)提高其生长温度到960℃,在镀有金的r面蓝宝石作为衬底上生长出大范围的3D交联的ZnO纳米带阵列,这种独特的叁维结构兼具纳米带和纳米薄膜的优异特性。通过改变实验参数调节了纳米带的宽度,而且它具有显着的持续光电导效应。(3)我们分别采用极性面(c面)、非极性面(a面和m面)蓝宝石作为衬底进行ZnO的生长,调节了ZnO纳米线的外延方向,最终形成了与衬底成不同角度的整齐ZnO纳米线阵列,角度的差异和ZnO纳米线与衬底的晶格匹配方向有关。(本文来源于《福建师范大学》期刊2018-05-30）
王玉龙,张磊,赵秀峰,张懿,范博文[6]（2018）在《红外探测器封装陶瓷衬底材料特性及其应用研究》一文中研究指出随着红外探测器阵列规模快速提升,在封装杜瓦要求轻量化、低成本、高效率的形势下,封装杜瓦陶瓷衬底设计难度加大。文章对比了几种科研实际中使用的陶瓷材料特性及其工艺可行性;研究了在测试杜瓦中,随着混成芯片阵列规模的提升,热应力与芯片尺寸的相对关系;研究了Al2O3、Al N、Si C衬底材料在降低芯片热应力方面的能力差异;结合目前陶瓷加工工艺水平、加工成本以及探测器阵列规模,给出了Al2O3、Al N、Si C衬底材料在实际应用中的选取建议。(本文来源于《激光与红外》期刊2018年05期）
王海燕[7]（2018）在《Si衬底上GaN基LED外延材料的两步法生长》一文中研究指出发光二极管(Light-emitting diode,LED)具有高效、节能、环保、寿命长等特点,已被广泛应用于交通指示、建筑装饰、显示照明等诸多领域。目前,商用LED大多基于蓝宝石衬底上外延生长的III族氮化物材料——GaN。然而,蓝宝石热导率较低、大尺寸衬底制备困难,限制了LED往“高性能、大功率、低成本”的方向发展。Si衬底由于具有低成本、大尺寸、热导率高、制造工艺成熟等优点,成为了实现高性能、大功率、低成本GaN基LED的理想衬底材料。尽管目前Si衬底上的LED制备技术已经取得许多突破,在材料生长和基础研究等方面仍然存在难以克服的问题。主要体现在以下两个方面:第一,Si与GaN之间的晶格失配和热失配分别高达16.9%和54%,导致在GaN中容易形成大量缺陷和裂纹;第二,Si衬底在外延生长过程中会与活性N反应生成SiN_x界面层,严重降低了GaN基LED的外延材料质量及器件性能。解决以上问题,是在Si衬底上实现高质量Ga N的基础,也是实现高质量LED外延材料及高性能器件的关键。为此,本论文提出采用低温外延结合高温外延的两步法来克服上述两大难题,全文围绕Si衬底上高质量GaN基LED外延材料的两步法生长展开,对两步法的外延生长机理、界面反应抑制作用以及晶体缺陷控制机制等理论进行深入研究,取得的主要成果如下:第一,利用脉冲激光沉积(PLD)低温外延,抑制了Si衬底与III族氮化物薄膜之间的界面反应,获得了具有突变异质结界面的AlN模板层。通过研究低温AlN模板层的晶体质量变化、表面形貌演变及界面结构等性质,揭示了Si衬底上AlN模板层的低温外延生长及界面反应抑制机理。一方面,PLD的高能效应使等离子体粒子具有较高的动能,以克服因晶格失配而形成的迁移势垒,而PLD的脉冲效应则为粒子提供了充足的弛豫时间,使其能在Si衬底上充分迁移到平衡位置形核,从而实现AlN模板层的低温外延生长。另一方面,高能等离子体粒子在膨胀输运过程中,与背景气氛的氮气粒子发生适当碰撞,从而以合适的动能到达衬底表面,既不会因动能过大而轰击表面或与Si衬底发生界面反应,也不会因动能不足而形成无定形的界面层,最终在Si衬底上实现AlN的低温外延,获得具有突变异质结界面的AlN模板层。第二,以低温AlN模板层作为高温外延的生长模板,通过研究不同生长阶段的外延形貌变化及缺陷演变过程,揭示了两步法外延生长GaN的生长机理及位错湮灭机制。研究发现,表面平整的低温AlN模板层能够提高AlN外延表面的浸润性,降低Al吸附原子的表面迁移势垒,增强Al吸附原子的表面迁移,促进AlN缓冲层的二维生长,从而获得表面高度愈合的高质量AlN缓冲层。GaN在AlN缓冲层上的迁移势垒低,所形成的低密度形核岛有利于减少晶体中的位错;同时,在叁维生长向二维生长转变的过程中,晶体中的穿透位错发生弯曲、闭合,从而降低了GaN外延薄膜中的位错密度。为进一步提高GaN的晶体质量,本论文还引入了渐变Al_xGa_(1-x)N缓冲层结构,并对其缺陷控制机制和应力调控机理进行研究。一方面,Al_x Ga_(1-x)N的引入可使位错在每层界面处发生偏转,与相邻的位错形成闭环而湮灭;另一方面,AlN/Al_xGa_(1-x)-x N结构能够增强GaN中的压应力,在最大程度上抵消降温过程中由Si衬底产生的张应力,从而抑制裂纹的产生。最终,在Si衬底上获得无裂纹的高质量GaN薄膜,GaN(0002)和GaN(10-12)摇摆曲线半峰宽分别为394 arcsec和460 arcsec。第叁,首次采用低温外延结合高温外延的两步法在Si衬底上实现了高质量GaN基LED外延材料的生长,并对LED的光电性能提升机制进行了研究。研究低温AlN模板层厚度对LED性能的影响,发现40-70 nm厚的低温AlN模板层最有利于高温外延层的二维生长及应力调控,从而获得无裂纹的高质量LED外延片。制备成横向结构LED芯片后,在40 nm厚的低温Al N模板层上获得的LED表现出最佳的光电性能。在注入电流为300 mA下,光输出功率为70.2 mW,外量子效率的Droop效应为46.2%。在低注入电流下,随着电流增大,EL波长蓝移幅度最小,说明LED中的量子束缚斯塔克效应被有效地削弱。与采用一步法制备得的、具有相同芯片结构的现有报道相比,同一电流下,本文获得的LED光输出功率高于其他报道,说明本论文所提出的低温外延结合高温外延两步法有利于在Si衬底上获得高性能的GaN基LED。本论文的研究按照“低温模板层”→“高质量GaN层”→“LED外延材料与芯片”的路线系统展开。通过深入研究不同生长阶段的外延层性质,揭示了在Si衬底上两步法外延GaN的生长机理、界面反应抑制和缺陷湮灭等机制,这对于在其他新型衬底上实现高质量III族氮化物材料及高性能GaN基器件提供了重要指导。(本文来源于《华南理工大学》期刊2018-04-10）
张然[8]（2018）在《图形衬底Si基GaAs材料热应力分布》一文中研究指出信息技术的飞速发展,已使当今世界全面进入信息化社会,未来社会将会成为一个信息经济社会。大到国家小到企业甚至个人,衡量其竞争实力的强弱,不仅仅看它的物质财富,更要看其拥有的信息资源及获取信息的速度。“信息高速公路”的建设离不开光通信的发展,而硅基光电集成就是重要的可行途径。Si衬底作为载体,导热性能优良,成本低,晶圆尺寸大,技术成熟;Ⅲ-Ⅴ族光电材料如GaAs具有很高的载流子迁移率,可以满足高速器件的需求。因此,如何更好地集成Si衬底和GaAs基光电器件,吸引了众多研究者的关注。然而,在Si衬底上外延生长GaAs材料仍然面临着晶格失配、热失配和极性失配的挑战,由此形成的缺陷会使GaAs材料的电学性能和光学性能大打折扣。本实验室通过GaAs/Si外延生长实验发现,使用图形衬底可以减小外延片的热应力,也可以有效阻挡GaAs外延层中的位错,进而获得高质量的GaAs薄膜。但是实验基础上的应力测试结果,可能已经部分弛豫,也可能是综合了晶格失配应变的结果。而且,实验室测试手段只能获取某些特定位置的应力值,对整个GaAs外延片的应力分布没有直观的认识。本文研究了平面衬底及纳米图形衬底GaAs/Si材料的热应力分布,重点研究了图形衬底对于GaAs/Si材料的热应力的改善作用及其优化。论文的主要工作和成果如下:1.以实验室前期研究为基础,探索了 GaAs/Si材料的热应力分布。依据材料力学理论及其衍生公式,了解了 GaAs/Si薄膜中的应力状态及分布,认识了 GaAs/Si薄膜中的热应力产生机制及其性质、特点。2.采用COMSOL Multiphysics软件,建立了本课题研究工作模型,选取了合适的物理场及边界条件,完成了数值模拟和数据结果处理。并与理论计算结果对比,验证了数值模拟计算的准确性。3.建立了平面衬底GaAs/Si材料模型,分析了所建模型的热应力分布。研究发现:Si衬底承受压应力,GaAs薄膜承受张应力;GaAs薄膜层中,越接近GaAs/Si交界面的位置,应力张量越大;但整个GaAs薄膜层中的应力水平波动不大,应力值相差很小。4.研究了图形衬底GaAs/Si的热应力分布特性。计算发现,图形衬底可以减小GaAs/Si材料的热应力。相对于平面衬底,其热应力减小了 83%,但是仅仅局限在图形区域,其他区域的热应力与平面衬底的对照组无明显差异。此外,以减小热应力为目的,优化了图形衬底GaAs/Si材料的结构参数。研究发现SiO2掩膜厚度越厚、GaAs窗口区越窄、SiO2掩膜越宽,图形区域GaAs层的热应力越小。(本文来源于《北京邮电大学》期刊2018-03-20）
张志荣,房玉龙,尹甲运,郭艳敏,王波[9]（2018）在《基于GaN同质衬底的高迁移率AlGaN/GaNHEMT材料》一文中研究指出研究了表面预处理对GaN同质外延的影响,获得了高电子迁移率AlGaN/GaN异质结材料.通过NH_3/H_2混合气体与H_2交替通入反应室的方法对GaN模板和GaN半绝缘衬底进行高温预处理.研究结果表明,NH_3/H_2能够抑制GaN的分解,避免粗糙表面,但不利于去除表面的杂质,黄光带峰相对强度较高;H_2促进GaN分解,随时间延长GaN分解加剧,导致模板表面粗糙不平,AlGaN/GaN HEMT材料二维电子气迁移率降低.采用NH_3/H_2混合气体与H_2交替气氛模式处理模板或衬底表面,能够清洁表面,去除表面杂质,获得平滑的生长表面和外延材料表面,有利于提高AlGaN/GaN HEMT材料电学性能.在GaN衬底上外延AlGaN/GaN HEMT材料,2DEG迁移率达到2113 cm~2/V·s,电学性能良好.(本文来源于《物理学报》期刊2018年07期）
黄科[10]（2018）在《蓝宝石衬底上高质量AlN材料的制备》一文中研究指出设计了一种叁维和二维交替(3D/2D)生长模式,并使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在蓝宝石衬底上通过3D/2D交替生长模式制备了AlN外延材料。高分辨X射线衍射仪测试结果表明,相较于纯3D和2D生长模式制备的AlN材料,3D/2D交替生长模式制备的AlN材料的(002)和(102)半高宽都有所减小,表明该3D/2D交替生长模式制备的AlN材料具有更高的晶体质量和更低的位错密度。原子力显微镜(AFM)测试表明,每个周期中3D AlN层与2D AlN层的厚度不同,3D/2D AlN样品的粗糙度不同。当单个周期中,3D AlN层厚度为100 nm和2D AlN层厚度为300 nm时,AlN表面平整,原子台阶清晰。喇曼光谱测试表明所有AlN样品都是c轴择优取向,3D/2D交替生长模式并不会改变AlN材料的生长方向。(本文来源于《微纳电子技术》期刊2018年02期）
衬底材料论文开题报告
（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：
近年来,基于Ⅲ族氮化物的紫外LED已逐渐成为了国内外的研究热点。与汞灯等传统的紫外光源相比,紫外LED具有体积小、寿命长、节能环保、波长可控、集成性好等优点。紫外LED的可应用范围非常广,如医疗、杀菌消毒、污水处理、空气净化、蛋白质分析。此外,它在紫外固化、安全检测、白光照明以及军事等方面也有所应用。因此,紫外LED具有非常广阔的市场前景和重要的应用价值。AlGaN是直接带隙半导体,通过调节Al组分,其禁带宽度可在3.42~6.2 eV之间变化,对应的波长范围为365~200 nm,这涵盖了较大一部分的紫外波长。另外,AlGaN具有耐高温、抗辐射、波长易控等优点,且该材料无毒无害,更加安全环保,故AlGaN是制备紫外LED的理想材料。目前,受到AlGaN材料晶体质量不理想、AlGaN的p型掺杂难度高、AlGaN量子阱有源区中存在明显的量子限制斯塔克效应(QCSE)等因素的影响,与Ⅲ族氮化物可见光LED相比,AlGaN基的紫外LED外量子效率依然较低。要制得高效的AlGaN基紫外LED仍然需要进行进一步的探索和研究。在本文中,为了缓解AlGaN材料晶体质量差的问题,我们采用了与GaN和AlN之间晶格失配较小的SiC作为衬底,在其上进行了Al(Ga)N的MOCVD生长以及AlGaN基量子阱(MQWs)、AlGaN基分布布拉格反射镜(DBRs)和紫外LED的制备研究,具体研究内容如下:1.SiC衬底上AlN的MOCVD外延生长研究。通过优化V/Ⅲ比,AlN在SiC上的生长模式逐渐由叁维生长转化至二维生长,材料的晶体质量和表面形貌也得到了改善。进一步在优化的V/Ⅲ比基础上,对AlN的生长温度进行了优化。当生长温度为1050℃时,制得的AlN中螺位错密度最低,为1.2×10~8cm~(-2)。2.SiC衬底上AlGaN的MOCVD外延生长研究。由于SiC衬底与AlGaN之间存在较大的热失配,因而在生长结束后的降温过程中,极易在外延层中引入面内张应力,从而导致薄膜内产生大量裂纹。这将不利于材料的质量及器件性能的提高。为了缓解热失配的影响,我们选择在材料的生长过程中预制一定的压应力,主要是通过优化缓冲层的厚度、生长温度及缓冲层的结构来实现这一目的。实验证明,提高缓冲层的厚度、升高缓冲层的生长温度及采用存在Al组分梯度的多层缓冲层结构,皆有利于减小AlGaN外延层中的面内张应力、减少裂纹。同时,我们也研究了缓冲层的生长工艺条件对AlGaN晶体质量及光学性质的影响,研究了V/Ⅲ比对AlGaN组分及其他性质的影响。3.AlGaN薄膜的p型掺杂研究。首先,我们进行了p-Al_(0.35)Ga_(0.65)N的生长,发现Mg掺杂浓度过高会导致p-AlGaN呈现叁维岛状生长,表面粗糙且呈现高阻态。之后,利用MOCVD方法进行了p-AlGaN的极化诱导掺杂研究,所制备的p-AlGaN的Al组分沿生长方向由0.65线性渐变至0.35,获得了空穴浓度为1.3×10~177 cm~(-3)的p-AlGaN薄膜。4.AlGaN基MQWs结构的MOCVD生长研究。我们研究了MQWs的势垒层和势阱层的厚度对其性质的影响。实验表明,保持势垒层厚度不变,减小势阱层的厚度有利于缓解QCSE的影响,提高量子阱的发光强度,获得更短的紫外发光波长。在势阱层厚度不变的情况下,提高势垒层的厚度,更有利于改善量子阱的发光特性。5.SiC衬底上AlGaN基紫外LED的制备研究。基于AlGaN材料和AlGaN基MQWs的研究结果,我们在SiC衬底上制备了垂直结构和水平结构的紫外LED。我们发现垂直结构器件的性能优于水平结构器件。在20 mA的注入电流下,垂直结构LED器件成功实现了电致发光,发光波长为324 nm。而水平结构器件由于受到材料晶体质量及载流子浓度等因素的影响,未能在电致发光谱中测到与有源区相关的发光峰,仅得到杂质发光峰。6.AlGaN基DBRs的制备研究。为在后续的研究工作中进一步改善器件性能,提高器件的发光效率,并针对SiC衬底对紫外光的吸收作用影响光提取效率的问题,我们对AlGaN基DBRs结构进行了设计与制备。在SiC衬底上成功制备了15个周期的表面基本无裂纹的垂直导电n-Al_(0.4)Ga_(0.6)N/n-Al_(0.6)Ga_(0.4)N DBRs和20个周期的未掺杂Al_(0.4)Ga_(0.6)N/Al_(0.6)Ga_(0.4)N DBRs。
（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。
衬底材料论文参考文献
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