硅基GaN薄膜制备及紫外探测器的初步研究-材料物理与化学专业论文.docxVIP

塑坚茎兰至主兰垡鲨奎 塑坚茎兰至主兰垡鲨奎 壁茎鱼型曼堕鱼堕壁茎竺篓型墨盟塑垄旦壅——～ 摘要 ，，彳每硕士论文选题于国家教育部跨世纪人才和国家自然资金(No 资助的项目“硅基GaN的外延生长及器件应用”的一部分研究工作。 近年来，宽禁带半导体材料GaN由于其在短波长发光器件、光探测器件以 及抗辐射、高频和大功率电子器件方面的广阔应用前景而备受关注，发展十分迅 速。由于体单晶难以制备，生长高质量的薄膜单晶材料是研究开发GaN基器件 ＼ ／ 的基本前提条件。Y i 本论文在系统总结了国内外GaN材料制备和器件应用的研究历史和现状的 基础上，利用我们自行改造的热壁外延设备，对硅衬底上GaN的外延生长和P 型掺杂进行了研究，取得了一些阶段性的成果。另外，本文的主要工作是对GaN 基紫外探测器进行了初步的研究，迈出了从材料生长到器件应用的第一步。 ／ ，／一l主要工作如下： o (1)在国内首次采用简便的反应蒸发法，利用热壁外延技术，在Si(111) 衬底上利用多晶GaN缓冲层生长出了六方结构的GaN单晶薄膜。 测试结果表明GaN薄膜的结晶学性质较好，XRD图谱上GmN(0002)衍 射峰的半高宽为30 arcmin。室温下观察到了较强的带间光致发光，位于365nm 处，其半高宽为8nm(74．6meV)。在光致发光谱中没有发现黄带，对此我们认 为是si对GaN的非故意掺杂的同时替代了Ga空位，消除了引起黄带发射的深 能级缺陷。霍尔测试仪显示的载流子浓度为2．27×1018／cm3，电子迁移率为179 cm2／Vs。较高的背景电子浓度，与GaN外延层中的Si、O等杂质有着直接的关 系。 2、我们利用离子注入的方法对本系统外延生长的GaN薄膜进行Mg掺杂， 通过在N2气氛中退火，使得掺杂区域的本征13．型Gain转为P型，空穴浓度为2．70 ×10”／cm3，从而形成pn结。 3、研究了由硅基和兰宝石基n-GaN外延薄膜制成的光导型和肖特基型紫外 探测器的工艺及电学性质，并对以兰宝石基GaN光导型探测器进行了光学测 浙江大学硕士学位论文 浙江大学硕士学位论文 硅基GaN薄膜制备及紫外堤测器的翅垄墅塑 试。，光刻后，经过在600。C的退火，器件有良好的欧姆特性，通过对其光电流 的测量及分析，发现在250hm到365nm处，光电流响应曲线趋于平坦，而在365nm 到375nm处，光电流下降了大约2个数量级。当外加电压从OV到7V时，光响 应度从1．82A／W增加到25．5A／W，但是当偏压超过7V后，曲线则趋于平缓。夕 塑坚查堂堡圭堂垡堡壅 塑坚查堂堡圭堂垡堡壅 壁苎堡盟塑堕堕些丝堕墅旦塑堕墨盟塑生堕至——一 Abstract This work was supposed by Talents Across the Century of the Ministry of Education of China and National Natural Science Foundation of China under Grant NoThe title of this project is“Growth of GaN on substrate silicon and its applications”． In recent years，Gallium Nitride as a wide band gap semiconductor has attracted more and more attention and advanced rapidly,mainly due to its promising applications in short—wave light—emitting devices，photodetectors，as well as anti．radiation，high frequency and high power electronic devices．Up to date，it is still very hard to grow GaN bulk crystals，so the heteroepitaxial growth of high quality GaN thin films is the premise for the development of OaN—based devices． In this paper,we first presented a comprehensive review of the research history and current status of GaN material preparation and character