一、载气流量对HVPE外延生长GaN膜光学性质的影响（论文文献综述）
于斌[1]（2020）在《GaN微纳米棒状材料的自组装生长调控》文中提出相比于传统的薄膜外延材料,氮化镓（GaN）微、纳米棒具有较大的比表面积,较低的位错密度以及独立分布生长的特点,在制备高效率,长寿命,和可柔性变形的GaN基光电器件方面具有重要的研究意义。在生长GaN微、纳米棒的方法中,掩膜刻蚀,金属液滴催化和选区外延生长都需要引入额外的体系,这会对GaN的晶体质量和性能造成不良的影响,为了避免外界因素的干扰,实现GaN微、纳米棒的自组装生长是必要的。本文分别通过金属有机化合物化学气相沉积和卤化物化学气相沉积对GaN微米棒和纳米棒的自组装生长过程进行了研究。首先,利用金属有机化合物化学气相沉积对剥离的多层石墨烯进行原位刻蚀,通过两步法在石墨烯上生长GaN微米棒,研究了氨气（NH3）/氢气（H2）流量比例对石墨烯上GaN籽晶生长密度的影响,生长时间对GaN籽晶生长形貌的影响,以及生长温度、反应压力、硅烷流量、V/III比和生长时间对GaN微米棒生长形貌的影响;其次,在自制的卤化物化学气相沉积系统中,以三氯化镓作为前驱体,实现了GaN纳米棒的生长,研究了NH3流量、生长温度和梯度变温生长工艺（800-900℃）对GaN纳米棒生长形貌,生长质量和发光性能的影响。具体的研究结果如下:（1）为了能在多层石墨烯上生长出尺寸较大的微米棒,利用金属有机化合物化学气相沉积先对石墨烯表面进行原位刻蚀,以制备出可供外延生长的微小缺陷和悬挂键,然后在中高温阶段生长出GaN籽晶,为GaN微米棒提供生长位点。扫描电子显微镜结果表明,在高温刻蚀条件下,随着NH3流量比例的增大,对石墨烯的刻蚀效果愈发明显,当NH3/H2流量比达到0.9时,在多层石墨烯上可以生长出致密的GaN籽晶;GaN籽晶在生长达到稳定状态之前会经历一个孕育期,随着时间延长至60 s,GaN籽晶会形成固定的晶体尺寸并且出现平滑的晶面,这对GaN微米棒的生长形貌具有重要的影响;在随后GaN微米棒的调控过程中发现,较高的生长温度、较高的反应压力以及较高的硅烷流量会促进GaN微米棒沿轴向方向的生长,抑制其沿径向方向的生长,较小的V/III摩尔比可以避免因横向生长速率过快导致的合并,有利于形成长径比较大的微米棒,延长生长时间,GaN微米棒的生长密度降低,轴向生长速率递增。（2）为了探索三氯化镓生长GaN纳米棒的工艺,采用自制的多管式卤化物化学气相沉积进行调控。由扫描电子显微镜结果表明,NH3流量和生长温度对GaN纳米棒的生长形貌会产生明显的影响,随着NH3流量的增大,GaN纳米棒趋向于横向合并生长,形成粗糙的薄膜结构,在不同的温度条件下,GaN纳米棒的形貌各异,在温度为900℃,NH3流量为60 sccm的条件下,可以生长出具有六边形形貌的纳米棒,X射线衍射结果表明此时生长的GaN晶体质量较好,在光致发光光谱中,在366 nm处出现明显的近带边发光峰,在680 nm处未表现出明显的红光缺陷峰。采用梯度变温（800-900℃）生长工艺后,扫描电子显微镜结果表明,GaN纳米棒的生长密度降低,沿轴向方向的尺寸变大,生长形貌变得复杂,比表面积增大,光致发光光谱中近带边发光峰强度大大提高。
胡海啸[2]（2020）在《自支撑GaN单晶的HVPE生长及加工研究》文中研究说明GaN作为第三代半导体材料因其优异的物理化学性能,被广泛应用在短波长光电子器件和高频微波器件等领域。由于同质GaN衬底的缺乏,大部分的GaN器件均是在异质衬底上外延生长制作而成,然而因为与异质衬底之间存在着大量的晶格失配和热失配,GaN基器件内部存在较多的位错和较大的残余应力,这使其稳定性和使用寿命受到严重损害。降低应力能够有效地提高器件的稳定性,而通过GaN单晶衬底同质外延生长GaN基器件能够在根本上解决这些问题。氢化物气相外延法（Hydride Vapor Phase Epitaxy,HVPE）具有设备简单、生长速度快及成本低等优点,被认为是最有前景的GaN单晶生长方法。本文采用HVPE法生长GaN单晶,主要对生长条件进行了优化,通过制备低应力缓冲衬底,成功生长出应力状态均匀的GaN单晶,提高了器件的性能;利用调控生长模式多步直接生长的方法得到了自支撑GaN单晶,为GaN同质衬底的获得提供了可能;对GaN单晶的加工进行了系统研究,为进一步的同质衬底及器件制备创造条件。具体研究内容如下:（1）研究了不同温度场环境（包括恒温和变温条件）对生长的GaN晶体质量和性质等方面的影响。恒温条件下,当反应空间温度为1070℃,晶体质量相对较好。变温条件下,适当扩大反应空间温度梯度,有利于提高GaN单晶质量,当反应空间存在10℃温度梯度（即衬底温度为1070℃,出气口温度为1060℃）时,生长获得的GaN单晶质量最好。其表面形貌完整,几乎看不到任何坑的存在;GaN单晶的（002）和（102）面的HRXRD半峰宽最小,为432 arcsec和486 arcsec,比恒温条件下获得的最好的GaN单晶的半峰宽下降了 68 arcsec和26 arcsec;GaN单晶的带边发射峰较强,具有很好的光学性能。因此,适当的提高温度及增加温度梯度能够有效地提高GaN单晶生长的质量。（2）开发了一种利用激光热分解进行衬底预处理的技术,制备了一种表面形貌完整、应力低的缓冲衬底,利用此衬底生长了低应力、易剥离的GaN单晶。利用不同能量的激光处理衬底,并对处理后的衬底的表面形貌、结构及应力状态进行了系统研究。将经不同能量激光处理的衬底用于GaN单晶生长,对比研究生长获得的GaN单晶的质量,确定了最佳激光能量为7 mJ,所生长GaN的晶体质量最高:与使用普通衬底生长的GaN单晶相比,其（002）和（102）面HRXRD半峰宽分别下降了 242 arcsec及167 arcsec;光致发光光谱的带边发射峰增强,蓝光发光强度增加了四倍;载流子迁移率升高至2.230×103 cm2/Vs;并且用其制备的紫外光电探测器的稳定性得到大幅度提高。（3）在HVPE连续生长过程中通过调整V/Ⅲ改变生长模式,经过三步生长,直接获得自支撑GaN单晶。先利用两步生长获得了多孔GaN缓冲插层结构,该插层结构拥有非常高的结晶质量,其（002）和（102）面半峰宽分别为354 arcsec和397 arcsec,相比仅使用一步生长工艺（Ⅴ/Ⅱ相同）得到的GaN单晶半峰宽分别下降了 466 arcsec和493 arcsec,初步证明了多步生长提高GaN单晶质量的可行性。最终,在未处理的MOCVD-GaN/Al2O3衬底上,使用三步连续生长直接获得了 2英寸的自支撑GaN单晶,不仅具有最好的结晶质量（HRXRD半峰宽为298 arcsec,317 arcsec）,而且残余应力降至0.24 GPa,同时提高了 GaN单晶的光学质量。这为获得同质衬底提供了简单、直接、低成本的生长方法。（4）系统研究了 GaN单晶不同晶面的研磨抛光方法,使用不同的研磨、抛光料对生长获得的自支撑GaN单晶进行了系统的加工研究。发现对于小尺寸的GaN晶片,使用金刚石或碳化硅研磨,其研磨效率差别不大,对GaN单晶的去除率不会产生较大影响。但是当GaN晶片增大到两英寸时,金刚石研磨料的优势凸显,而碳化硅磨料已经无法满足研磨要求,这说明磨料的硬度对研磨效果有较大影响。在抛光过程中,研磨料硬度对抛光效果影响非常小,而且硬度较大的研磨料会使精密抛光度损坏严重,增加成本。利用SiO2抛光液能够对GaN单晶进行有效地抛光,获得RMS为0.29 nm的抛光表面,并且减少了抛光布的损坏,降低了成本。因此,金刚石为最合适的研磨料,而SiO2为最合适的抛光料。对于不同GaN晶面,呈现较明显的研磨抛光差异,其中Ga面的研磨和抛光速度最慢,N面次之,m面效率最高。
李瑛[3]（2019）在《Ga2O3薄膜的HVPE生长仿真研究》文中进行了进一步梳理以氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体材料因其带隙宽、热导率高、电子饱和漂移速率大、击穿电压高以及抗强辐射等诸多特色,不仅在蓝紫光电器件、全色显示和白光照明等领域独占鳌头,近年来更在高电压、高频率的功率电子器件和微波器件中异军突起,展现了相比传统硅基器件的多方面优势。但受制于同质衬底材料的匮乏,异质外延所带来的高缺陷和位错密度难以避免。而纳米材料则以其特有的量子限制效应、库仑阻塞效应、以及高的比表面积和纳米线内极好的单晶性能日益受到重视;另一方面,我们需要具有效率更高,更为强大的功率处理能力的电子元件。现如今功率半导体Ga2O3开始挑战GaN,为现有半导体无法实现的新可能性开辟了道路。虽然,研究表明Ga2O3的导热性能比较差,但它的带隙（约4.8电子伏特或eV）超过GaN（约3.3eV）的带隙。并且Ga2O3在改善太阳能、电动汽车和其他的一些可再生能源方面发挥了重要的作用。本课题针对GaN纳米结构以及Ga2O3薄膜展开研究,主要包括PVT生长GaN纳米线的光学性质研究和Ga2O3薄膜的HVPE生长仿真研究两个部分。采用物理气相输运技术,从温度、衬底和催化剂作了系列研究,从而进行实验制备GaN纳米线。通过使用扫描电子显微镜（SEM）、光致发光（PL）谱和拉曼光谱（Raman）对样品进行分析表征,发现温度、催化剂种类和衬底对GaN纳米线的形貌有比较大影响,并且在研究样品的光学性质时,对其进行了PL表征,发现在激发波长的两倍波长处,也有一个强度稍弱的光谱峰,这是由于光栅分光的特点决定的。此外,通过样品的拉曼光谱显示,在蓝宝石衬底上发生了较大的蓝移,这是因为异质外延带来较大的横向压应力的作用。研究结果表明,在1100℃下,通过不同衬底生长实验得出在GaN衬底上的纳米线覆盖整个衬底表面,更有利于纳米线的成核。针对HVPE制备Ga2O3薄膜,采用计算流体动力学（CFD）原理,本文进行了二维建模和仿真。首先分析对VI/III比有影响的GaCl的质量分数和GaCl的流量两个因素,当GaCl的质量分数为0.2,衬底表面Ga2O3薄膜的相对均匀性达到最好,另外改变GaCl的流量,Ga2O3的生长速率在流量为50slm时最高,此时薄膜的均匀性也不错。而后在改变分隔气N2流量的实验中,发现随着N2流量的增加,生长速率虽然有降低,但幅度很小,在分隔气流量为38.4slm时,Ga2O3薄膜的均匀性最佳,腔体内反应稳定。这些数据分析给HVPE生长工艺的参数优化提供了理论依据,减轻了实际操作中的困难,对Ga2O3薄膜的研究和生产具有深远的意义。
王婷[4]（2019）在《GaN、InN纳米材料的制备与性能研究》文中提出Ⅲ族氮化物半导体材料因其禁带宽度随合金组分而可调,覆盖0.646.2 eV的全光谱范围,可广泛应用于太阳能电池、近红外紫外发光器件、高温高压高频功率器件等领域。与薄膜材料相比,纳米结构的Ⅲ族氮化物形貌丰富多样,呈现出不同的性能。将低维Ⅲ族氮化物纳米结构材料应用于光探测器、电化学储能器件中有着广阔的应用前景。本文以探究Ⅲ族氮化物的光探测和电化学储能器件的应用为目标,以GaN和InN半导体材料为研究对象,研究并制备了低维结构的GaN和InN纳米材料,分析纳米结构材料的生长机理,结合纳米材料的结构特点,设计并构建了不同的器件,以实现其应用。本论文共分为五章,研究的主要内容和取得的主要结果归纳如下:第一章概述了Ⅲ族氮化物的基本物理化学性质,纳米材料的特性及其主要合成方法和生长机理。分析了GaN和InN纳米材料的化学气相法制备、在电子和光电子器件领域应用的国内外研究现状,并根据课题的研究背景和主要存在问题提出本研究的主要内容。第二章介绍了本文用到的GaN和InN纳米材料的制备方法和使用的生长设备,并着重介绍了纳米材料样品的结构、成分及光学特性等表征方法及仪器设备,以及紫外探测器测试和电化学测试方法。第三章详细研究了GaN纳米材料的制备及性能。利用化学气相沉积法,分别以GaCl3和Ga2O3为Ga源,在硅衬底上制备了GaN纳米材料。研究了源基距、衬底温度、源区温度、载气流量、NH3流量、保温时间以及有无Au催化剂对GaN纳米结构材料的影响。通过对纳米结构材料的形貌和结构特点的分析,探讨了GaN纳米结构材料的生长机理。以GaCl3为源,合适的温度梯度、源基距和气体流量时可以获得沿,-方向生长的GaN纳米棒;以Ga2O3为源,在Au催化剂辅助下,制备了GaN纳米线、塔状纳米棒、纳米片,GaN纳米结构材料的生长遵循气-液-固生长机制,GaN纳米结构材料的物理性质与生长温度和NH3流量（即Ⅲ/Ⅴ比）密切相关。GaN纳米材料的形态随着Ⅲ/Ⅴ比的增加,从纳米线变为塔状纳米棒或纳米片。高Ⅲ/Ⅴ比生长的塔状GaN纳米棒具有良好的单晶特性和强364 nm近带边发光。第四章主要研究了InN纳米材料的制备及性能。利用化学气相沉积法,以InCl3为In源,在硅衬底上制备了InN纳米材料。研究了生长温度、气体流量以及有无Au催化剂对InN纳米结构材料的影响。InN材料的生长温度范围约为600-700℃。无催化剂条件下,合适的生长温度、NH3流量和载气流量可获得表面平整、晶体质量较高的柱状InN材料,具有中心波长约为570 nm的光致发光峰;Au催化剂辅助生长获得的材料主要为In2O3,并且,生长温度为750℃时得到的产物是特殊的Au嵌入In2O3纳米线,Au纳米点沿In2O3纳米线轴向呈不连续分布。根据对其生长机制的分析发现这一特殊结构是NH3和Au共同催化作用的结果。第五章探究了GaN纳米材料在紫外探测和电化学储能方面的应用。包括:（1）构建了基于塔状GaN纳米棒的金属-半导体-金属（MSM）结构紫外探测器,研究了该器件的光电探测性能。塔状GaN基紫外探测器表现出良好的探测性能、快速响应能力。探测器响应的上升时间（tr）和衰减时间（td）分别小于82和164 ms;当偏压为3 V时,光电流和响应度分别达52μA和64.2 mA/W。（2）基于GaN纳米线的大长径比,结合材料高电子迁移率、良好的电化学可逆性和热稳定性特点,用于电化学储能器件时不仅可以增加电极与电解质之间的接触面积,缩短电子和离子的传输路径,有利于提升电极的储能性能,还可以适用于恶劣环境。文中研究了GaN纳米线和GaN-MoS2复合纳米线电极的电化学性能和储能机理。GaN和GaN-MoS2纳米线电极的电化学性能均表现出法拉第电子迁移特性和快速充放电能力。当电流密度为1 mA cm-2时,GaN和GaN-MoS2纳米线的比容量分别为128.8和173.4 mC cm-2,表现出较高的储能特性。
霍勤[5]（2018）在《利用多孔衬底HVPE生长GaN单晶及其不同晶面性质的研究》文中研究表明第三代半导体GaN材料因其优异的性能,被广泛地应用于短波长光电子器件和高频微波器件。目前大部分的GaN器件都是在异质衬底上外延生长制作的,由于GaN材料与衬底之间存在较大的晶格失配和热失配,导致GaN器件内部存在较大的位错密度和残余应力,损害了 GaN器件的性能和使用寿命。在GaN单晶衬底上同质外延生长制备GaN器件是解决该问题的根本方法。氢化物气相外延法（Hydride Vapor Phase Epitaxy,HVPE）被认为是最具有潜力的生长GaN晶体的方法。目前大部分GaN器件都是c向生长的,极化效应导致的内建电场会使c面GaN光电器件的发光波长红移,发光效率降低,大大降低了 GaN光电器件的性能。采用非极性面GaN衬底制备光电器件可以消除极化效应的影响,目前最有前景的生长非极性面GaN衬底的方法是利用HVPE生长出c面GaN体单晶,通过定向切割GaN体单晶得到非极性面GaN衬底。本文的主要工作是对HVPE生长GaN单晶的生长工艺进行了优化,开发了一种两步腐蚀制备多孔衬底的方法,并在两步腐蚀衬底上生长出了高质量的自支撑GaN单晶,对自支撑GaN单晶进行定向切割,得到了不同晶面的GaN晶片,对不同晶面的GaN晶片的晶体质量和物理化学性能进行了研究。具体研究内容如下:（1）研究了原料气体流量对GaN晶体生长和单晶性质的影响,发现NH3流量为2000 sccm时生长的GaN晶体具有最高的晶体质量和最好的光学性能。NH3流量从成核岛密度和侧向生长速率两个方面影响GaN晶体的生长。随着NH3流量的增加,成核岛密度增加,侧向生长速率降低,NH3流量在2000 sccm时的生长的GaN同时具有较大的成核岛密度与较高的侧向生长速率。研究发现当NH3流量在2000 sccm时,GaN晶体的表面形貌最好,晶体合并完整,没有明显的六方形坑;GaN晶体的（002）和（102）晶面的衍射峰半峰宽均最小,GaN晶体结晶质量最高,位错密度最低;GaN的带边发射峰最强,黄光带与绿光带最弱,说明样品的质量较好,具有最低的位错密度和最低的点缺陷浓度。通过拉曼散射谱E2（high）拉曼峰峰位的移动,发现NH3流量为1800 sccm与2000 sccm时的GaN晶体的残余应力较NH3流量为2200 sccm时的GaN晶体大,说明GaN晶体在NH3为2000 sccm时以2D生长为主。（2）开发了一种电化学腐蚀与磷酸腐蚀相结合的两步腐蚀工艺制备多孔衬底的方法,并利用两步腐蚀衬底生长出了 2英寸自支撑GaN单晶。热磷酸通过电化学腐蚀得到的腐蚀孔道输运到MOCVD-GaN内部,由于GaN晶体的N极性面比Ga极性面具有更高的化学活性,通过两步腐蚀的方法可以得到表面平整内部孔隙率高的多孔衬底。采用两步腐蚀衬底作为籽晶进行HVPE生长,由于两步腐蚀衬底具有较大的孔隙率,HVPE生长得到的GaN晶体与衬底的连接较弱,GaN晶体在降温后自行与衬底分离,得到了两英寸自支撑的GaN单晶。在两步腐蚀衬底上生长的GaN晶体的（002）和（102）晶面的双晶摇摆曲线半峰宽均小于在普通衬底上生长的GaN晶体的摇摆曲线半峰宽;PL测试发现在两步腐蚀衬底上生长的GaN晶体的带边发射峰强度高于在普通衬底上生长的GaN晶体,光学质量更高;拉曼测试表明在两步腐蚀衬底上生长的GaN晶体接近无应力状态;EBSD测试表明两步腐蚀衬底中腐蚀得到的多孔缓冲层结构对GaN晶体中应力的降低起到了重要的作用。（3）我们对在两步腐蚀衬底上生长得到了高质量大厚度的自支撑GaN单晶进行加工,得到了 Ga极性面,N极性面和非极性m面的GaN晶片,并分别对其质量和性质进行了研究。加工之后Ga极性面GaN晶片的衍射峰半峰宽仅为160arcsec,相比加工之前大大降低,非极性m面GaN晶片的衍射峰半峰宽仅为212arcsec,说明加工得到的非极性m面GaN晶片具有很高的晶体质量;拉曼测试表明,加工得到的不同晶面的GaN晶片具有良好的晶体取向,对不同晶面的GaN晶片的E2（high）拉曼峰进行分析,发现GaN晶体内部应力分布均匀;PL测试表明,加工得到的不同晶面的GaN晶片均具有很高的发光强度。（4）系统研究了 GaN晶体不同晶面的电催化性能,发现了 GaN晶体的非极性m面具有良好的催化活性和催化稳定性。线性伏安扫描曲线表明非极性m面GaN晶片在酸性条件下电催化析氢,在碱性条件下电催化析氢与在碱性条件下电催化析氧的过程中均具有更低的过电位与更低的Tafel斜率,表现出高于Ga极性面GaN晶体与N极性面GaN晶体的催化活性。通过密度泛函计算得知,活性H（H*）在GaN材料的非极性m面具有更低的吸附自由能导致非极性m面GaN具有更高的电催化活性。通过I-t和e-t测试说明了 GaN晶体具有很高的电催化稳定性;通过XRD与拉曼测试以及电催化反应后的GaN晶体SEM形貌的分析,发现非极性m面GaN晶片具有很高的化学稳定性,在长时间的电催化反应之后未发现明显的腐蚀痕迹。
景杰[6]（2016）在《基于数值模拟的HVPE反应器设计与优化》文中研究说明氮化镓（GaN）材料因其优良的特性以及巨大的应用市场,近二十年来始终为国内外研究者广泛关注。对GaN基光电器件质量和效率日益提高的需求,促使GaN衬底材料的研究逐渐成为热点,氢化物气相外延（HVPE）方法是目前公认最为可行的GaN衬底制备技术。为了获得高质量的GaN单晶,论文基于计算流体力学,采用有限元分析法,对自制的立式大尺寸HVPE系统反应腔进行了二维和三维模型的数值模拟。在HVPE系统中,GaCl、NH3在进气管口的提前反应对反应腔的污染和损害是一大难题,本文所仿真的立式系统创新地通过在GaCl、NH3之间添加分隔气解决了这一问题。二维、三维模型的仿真结果显示,分隔气流量大小对GaCl、NH3在衬底上的浓度分布都有一定的影响,分析得到最佳分隔气流量为500sccm。通过改变源气体V/III比,论文分析了GaN生长分布的变化趋势。随着V/III比增大,二维模型中GaN生长相对均匀性先变好然后变差;三维模型中,GaN生长相对均匀性虽然越来越好,但由于很高的V/III比对于GaN膜的晶体质量有不利影响。我们仍可得到综合各种因素的最佳V/III比为70。论文还在三维模拟中研究了分隔气出气口从竖直改为向内倾斜对GaN生长的影响,发现该倾角增大时GaN的均匀性有改善,但角度很大时GaN生长速率急剧下降,在实验中建议采取小角度。此外针对主载气流量,本文也进行了二维仿真,得到了9500sccm的优化参数。本文在进行各主要工艺参数优化后获得的4英寸衬底面内相对均匀性小于6%。以上数值仿真结果为大尺寸HVPE反应腔腔体、工艺条件的优化提供了理论基础,对实际生产高质量大尺寸GaN有一定的指导意义。
刘战辉,张李骊,李庆芳,修向前,张荣,谢自力[7]（2013）在《氮气载气流量和系统温度对GaN膜质量的影响》文中提出系统研究了HCl的载气、NH3的载气、总N2载气流量以及镓源反应温度和外延生长温度对氢化物气相外延技术在c面蓝宝石上生长的GaN膜晶体质量的影响,并利用高分辨X射线衍射技术,喇曼光谱和光致发光谱对生长的外延膜进行表征。结构表征发现,优化的N2载气流量、镓源反应温度和外延生长温度生长得到的GaN膜具有优良的晶体质量和光电特性。测试结果表明,载气流量的改变影响生长系统中的寄生沉积、GaN膜生长表面过饱和度与Ga和N源气体原子团的气体输运;优化的生长温度可以增强GaN膜的横向外延并促进其二维模式生长,进而有利于生长高质量并具有光滑平面的GaN外延膜。
邵永亮[8]（2013）在《GaN单晶的HVPE生长及其应力和晶体取向研究》文中研究说明GaN晶体材料因其具有较高的电子迁移率和热导率,高化学稳定性,耐腐蚀等优点,被广泛应用于光电子器件和高频微波器件,但是由于缺乏GaN单晶衬底材料,目前器件大多是在蓝宝石、SiC等单晶衬底上进行异质外延制备而成,由于衬底材料和外延生长的器件之间存在较大的晶格失配和热失配,造成了在经过高温生长的器件中残余有较大的应力,大大降低了器件的性能,而获得自支撑GaN单晶衬底材料可以在根本上解决这些问题。氢化物气相外延（Hydride Vapor Phase Epitaxy-HVPE）方法生长GaN单晶,具有生长速率高,设备相对简单,所需成本较低等优点,因此被认为是生长GaN晶体最具有前景的生长方法。本文采用HVPE方法生长GaN晶体,并通过使用图形衬底、腐蚀衬底等技术降低位错密度和残余应力,利用EBSD技术分析异质外延系统中的晶体取向和晶格失配,并提出了一种由晶体取向计算应力的方法,得到了异质衬底外延生长GaN中的应力分布。论文主要取得了以下成果：1.研究了GaCl载气流量对GaN晶体质量的影响,发现在GaCl载气流量为1.3slm时（0002）和（10-12）衍射峰半峰宽最小,说明此时生长的晶体位错密度最低质量最好。室温PL测试发现每个样品都具有很强的带边发射峰,仅在GaCl载气流量较高时生长的GaN单晶样品处2.26-2.29eV处存在一个很弱的黄光发射峰,说明样品质量较好；通过拉曼光谱E2（high）峰位的移动,发现当GaCl载气流量为1.3slm时样品具有最低的残余压应力为0.36GPa; AFM表征样品的表面形貌发现GaN单晶的生长都是台阶流生长模式。六方GaN晶体的A1（LO）峰是LOPC模式,对峰形进行了拟合,得到了不同GaCl载气流量下生长GaN单晶样品的载流子浓度和迁移率。2.研究了磷酸腐蚀对MOCVD-GaN腐蚀坑形貌的影响,并利用腐蚀衬底生长出自支撑GaN晶体。首先研究了腐蚀时间对腐蚀坑形貌和大小的影响,利用磷酸短时间对MOCVD-GaN进行腐蚀,会出现常见的六边形腐蚀坑,当延长腐蚀时间到腐蚀坑的深度达到了MOCVD-GaN层厚度时,磷酸能够腐蚀到N面GaN,就会产生了独特的十二面锥形结构。我们根据六方纤锌矿结构对称性和晶体结构参数,计算出该结构出现了两套晶面,其晶面指数分别是（4,-1,-3,-4）和（3,1,-4,-4）。利用这种具有N面腐蚀十二面锥形结构的蓝宝石/MOCVD-GaN衬底进行HVPE生长,在生长GaN厚度较大时能够实现自剥离,获得自支撑GaN晶体,在生长时十二面锥形貌转变为六面锥。通过拉曼光谱对HVPE生长GaN晶体的应力进行了分析,结果显示自支撑GaN晶体中的应力远小于普通衬底生长的样品。3.研究了在具有六方周期排列Si02图形掩模的蓝宝石/MOCVD-GaN衬底上进行HVPE生长GaN晶体的生长规律。通过EBSD的菊池衍射花样和极图分析,确定了异质外延体系中GaN和蓝宝石衬底之间的晶体取向关系是c面相互平行,GaN晶格在面内相对于蓝宝石衬底晶格发生了30°的旋转。根据这一晶体取向关系和晶格参数,分别使用两种方法计算得到GaN和蓝宝石衬底之间的晶格失配为16.1%和13.8%。由于较大的晶格失配和热失配的存在,蓝宝石衬底上生长GaN的晶体取向偏离理想方向的程度在靠近界面处最大,随着生长厚度增加后逐渐接近理想方向。通过拉曼光谱分析发现图形衬底上生长的GaN晶体的残余应力,比平板衬底上生长的GaN晶体大大下降,说明图形衬底产生空隙的生长模式能够有效的释放GaN晶体中的应力。4.利用EBSD技术得到的晶体取向信息,分析了蓝宝石衬底上异质外延生长GaN晶体中晶体取向分布情况,提出了一种利用晶体取向信息计算晶体中应力的新方法。我们使用这种方法分析了蓝宝石衬底/GaN异质外延结构GaN晶体的应力分布情况,发现了应力分布的规律是距离衬底越近时应力越大,随着厚度增加应力值减小,达到一定厚度之后应力值保持不变。同时,我们对这一异质外延体系中GaN的应力进行了理论计算,并使用拉曼光谱对应力分布进行了验证。这种利用EBSD分析晶体材料中应力的方法也可以推广到其他晶体材料中。由于EBSD测试具有的独特优势,这种理论的提出为分析晶体材料的性质提供了新的思路。5.通过EBSD技术分析了6H-SiC衬底上HVPE生长GaN晶体的晶体取向,对外延体系的晶体取向关系进行了分析,并与蓝宝石衬底生长GaN的晶体取向关系进行了比较,发现在6H-SiC衬底上生长的GaN晶体取向没有发生相对衬底的旋转,这和蓝宝石衬底是不同的。根据晶体取向关系和晶格参数,计算了GaN和6H-SiC衬底之间的晶格失配,发现其失配度很小,因此能够有效降低外延生长GaN的位错密度和残余应力。同时还对蓝宝石衬底中产生的小角晶界进行了EBSD分析,研究了小角晶界两侧的晶体取向偏差。
张浩东[9]（2013）在《利用减薄—键合衬底生长GaN单晶及其缺陷的研究》文中认为氮化镓（GaN）及其合金材料由于具有宽直接带隙、高载流子迁移率、高击穿电压、化学性质稳定等特点,在半导体发光二极管、激光二极管、光电探测器、高频高功率微波器件等方面具有非常广阔的应用前景。目前,由于缺少原生GaN同质衬底,绝大部分的GaN基器件均生长在异质衬底上,如蓝宝石、碳化硅和硅等。然而,由于GaN与异质衬底之间存在较大的晶格失配和热失配,会在GaN外延层中产生高密度的失配位错而降低器件的性能与寿命。解决这一问题最有效的方法就是在GaN同质衬底上进行外延生长。氢化物气相外延（Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE）方法因为具有设备结构相对简单、成本低、生长速率快（几十～几百微米/小时）等优点,而被认为是可生长GaN体单晶的最有前景的方法。本论文采用HVPE方法成功生长了高质量GaN单晶,具体研究内容如下：1.使用计算流体力学软件Fluent对HVPE反应室的气流分布进行了模拟计算,主要研究了不同Ⅴ/Ⅲ、不同源气体流量对HVPE反应室气流场浓度分布的影响。通过模拟计算,得到了源气体分布均匀性最好的Ⅴ/Ⅲ；在此Ⅴ/Ⅲ条件下,进一步模拟计算,得到了有利于高速、均匀生长GaN单晶的条件。根据模拟计算结果,对生长工艺做了相应的调整,缩短了实验周期,得到了高质量的GaN单晶。2.在以蓝宝石为衬底成功生长GaN单晶的基础上,系统地分析了GaN中存在的应力,建立了可计算GaN单晶内部应力的理论模型,并由此理论模型得出了可释放GaN单晶内部失配应力、提高GaN单晶质量的方法,设计并制作了减薄-键合衬底。通过调节生长参数,在新型衬底上生长出高质量的GaN单晶,经HRXRD、Raman、PL等表征证明,GaN单晶的失配应力大大降低,晶体质量得到了明显地提高。3.利用混合碱腐蚀方法对不同Ⅴ/Ⅲ生长的GaN单晶的位错进行了研究,并利用正电子湮灭技术对其本征空位缺陷进行了研究。研究结果表明,生长时所用的Ⅴ/Ⅲ对GaN单晶的穿透位错和本征空位缺陷浓度有着重要影响,而且这两种缺陷之间存在着一定程度的关联。综上所述,本论文对HVPE反应室气流分布、GaN单晶的应力、位错及缺陷进行了系统的研究,获得了一些重要成果。
田吉利[10]（2013）在《氢化物气相外延生长GaN厚膜的计算优化与实验研究》文中研究指明GaN是宽禁带半导体，有着十分广泛的应用。但由于大尺寸的GaN体单晶材料很难制备，所以GaN基器件主要是通过异质外延方法制作。近年来由于氢化物气相外延（HVPE）方法的生长速度快，可以生长均匀、大尺寸GaN厚膜，逐渐成为人们研究的热点。数值计算在改进生长系统，优化生长工艺方面有很大的优势，其与长晶实验互相配合，有望寻求生长高质量GaN的优化工艺。本文运用基于有限元法的HEpiGaNS软件，先是研究了气体进气口到衬底之间的距离、GaCl载气流量和主载气N2流量对晶体生长的影响规律，主要通过分析反应气体GaCl和NH3在衬底附近的二维浓度分布图像、一维影像，不同条件下GaN的生长速率、反应室内的流场和衬底附近的Ⅴ/Ⅲ比等来实现。然后研究了GaN生长过程中的应力和位错变化，主要通过分析不同生长阶段的各种应力的变化和不同衬底高度下位错数值的改变来实现。通过数值计算得到利于高质量GaN厚膜生长工艺参数。最后长晶实验采用这些参数制备HVPE-GaN，并对生长出的外延膜通过一系列的表征手段如XRD、SEM、EDS、拉曼、PL等进行了其结构和质量的分析。研究表明，竖直式HVPE系统中，气体进气口和衬底之间距离对GaN晶体的生长有很大的影响，距离过大使得GaN生长速率过小，距离过小使得GaN生长速率变大但是生长极不均匀，说明存在一个优化的距离使得GaN的沉积性最好；研究发现，这个优化距离为80mm左右。GaCl载气流量的大小可以影响到反应气体GaCl和NH3在衬底附近的浓度分布，反应气体的浓度随GaCl载气流量减小而减小，其分布的均匀度却越来越好，但是载气流量减小到一定程度会使沉积均匀性变差；研究发现，GaCl载气流量为12001400sccm时，GaN的沉积性比较好。N2作为反应中的主载气，气流的大小直接影响到反应气体在衬底附近的浓度分布，气流的不稳定可能造成反应室内出现涡流现象；研究发现，利于GaN晶体生长的主载气N2流量在2800sccm左右。在HVPE生长系统中，晶体生长的边缘最容易出现最大热应力。随着衬底高度的不断增加，晶体内部的位错密度缓慢增加。采用数值计算优化后的工艺参数，制备出了高质量的优质GaN单晶厚膜：膜为GaN（002）单晶膜，具有六方晶系结构；厚度4μm；表面平滑，具有较高的表面质量；较小的表面压应力；（002）晶面的摇摆曲线半峰宽FWHM值为160arcsec；位错密度约为7.77108cm-2；强度较低的缺陷发光峰。
二、载气流量对HVPE外延生长GaN膜光学性质的影响（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、载气流量对HVPE外延生长GaN膜光学性质的影响（论文提纲范文）
（1）GaN微纳米棒状材料的自组装生长调控（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景 |
| 1.2 GaN材料的基本性质 |
| 1.2.1 GaN的晶体结构 |
| 1.2.2 GaN的物理性质 |
| 1.2.3 GaN的化学性质 |
| 1.2.4 GaN的电学性质 |
| 1.2.5 GaN的光学性质 |
| 1.3 GaN微/纳米棒的生长技术 |
| 1.3.1 外延生长衬底 |
| 1.3.2 生长技术 |
| 1.3.3 异质外延的生长模式 |
| 1.4 GaN微/纳米棒的应用 |
| 1.4.1 GaN基LED |
| 1.4.2 GaN基紫外探测器 |
| 1.4.3 GaN基场效应晶体管 |
| 1.4.4 GaN基光电催化材料 |
| 1.5 国内外研究进展及存在的问题 |
| 1.6 本文研究意义和研究内容 |
| 第2章 实验设备及表征手段 |
| 2.1 MOCVD系统简介 |
| 2.2 MOCVD中GaN的反应机理 |
| 2.3 HCVD装置简介 |
| 2.4 HCVD中GaN的反应机理 |
| 2.5 材料表征方法概述 |
| 2.5.1 扫描电子显微镜 |
| 2.5.2 X射线能量色散谱仪 |
| 2.5.3 X射线衍射仪 |
| 2.5.4 光致发光 |
| 第3章 GaN微米棒的形貌调控及表征 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 NH_3/H_2流量比对GaN籽晶的影响 |
| 3.3.2 生长时间对GaN籽晶的影响 |
| 3.3.3 GaN籽晶形貌对GaN微米棒的影响 |
| 3.3.4 生长温度对GaN微米棒的影响 |
| 3.3.5 生长压力对GaN微米棒的影响 |
| 3.3.6 SiH_4流量对GaN微米棒的影响 |
| 3.3.7 Ⅴ/Ⅲ比对GaN微米棒的影响 |
| 3.3.8 生长时间对GaN微米棒的影响 |
| 3.3.9 GaN微米棒的生长机理 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 GaN纳米棒的形貌调控及表征 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 NH_3流量对GaN纳米棒的影响 |
| 4.3.2 生长温度对GaN纳米棒的影响 |
| 4.3.3 梯度变温生长过程对GaN纳米棒的影响 |
| 4.3.4 GaN纳米棒的生长机理 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
（2）自支撑GaN单晶的HVPE生长及加工研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 GaN单晶的结构与性质 |
| 1.2.1 GaN单晶的结构 |
| 1.2.2 GaN单晶的性质 |
| 1.3 GaN单晶的生长 |
| 1.3.1 溶液及热溶剂为基础的生长方法 |
| 1.3.2 HVPE法生长GaN单晶 |
| 1.4 单晶外延生长模式 |
| 1.4.1 Frank-van der Merwe生长模式 |
| 1.4.2 Stranski-Krastanow生长模式 |
| 1.4.3 Volmer-Weber生长模式 |
| 1.5 生长GaN单晶衬底的选择 |
| 1.5.1 Al_2O_3衬底 |
| 1.5.2 SiC衬底 |
| 1.5.3 硅衬底 |
| 1.6 衬底处理方法及研究现状 |
| 1.6.1 空位辅助分离技术 |
| 1.6.2 低温缓冲层衬底 |
| 1.6.3 图形掩膜衬底 |
| 1.7 GaN单晶衬底的加工 |
| 1.7.1 晶片切割 |
| 1.7.2 晶片研磨 |
| 1.7.3 晶片抛光 |
| 1.8 本文的选题依据和主要研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 温度条件对GaN晶体质量和光学性质的影响 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.3 HVPE生长GaN热力学分析 |
| 2.4 温度及温度梯度对GaN晶体宏观形貌的影响 |
| 2.5 反应温度对HVPE生长GaN晶体微观形貌研究 |
| 2.6 温度梯度对HVPE生长GaN晶体形貌研究 |
| 2.7 温度对GaN单晶晶体质量的影响 |
| 2.8 温度对GaN单晶光学性质的影响 |
| 2.9 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 激光热分解制备低应力衬底生长GaN单晶及其在光电探测器中的应用 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 激光光源的选择 |
| 3.3 激光热分解对衬底结构的影响 |
| 3.4 激光热分解对衬底应力的影响 |
| 3.4.1 激光热分解对衬底表面应力的影响 |
| 3.4.2 激光热分解对衬底内部应力的影响 |
| 3.5 利用低应力衬底生长GaN单晶的研究 |
| 3.5.1 激光能量大小对生长GaN单晶宏观形貌的影响 |
| 3.5.2 低应力衬底对GaN单晶形核率的影响 |
| 3.5.3 低应力衬底对生长GaN单晶质量的影响 |
| 3.5.4 低应力衬底对生长GaN单晶内部应力取向的影响 |
| 3.5.5 低应力衬底对生长GaN单晶光学质量影响 |
| 3.6 低应力衬底生长的GaN对紫外光电探测器性能的影响 |
| 3.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 利用生长模式调控直接生长自支撑GaN单晶 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.3 生长工艺的选择 |
| 4.3.1 不同生长工艺对单晶表面形貌的影响 |
| 4.3.2 不同生长工艺对生长单晶位错的影响 |
| 4.3.3 不同生长工艺下生长GaN晶片应力研究 |
| 4.4 三步连续生长获得自支撑GaN单晶 |
| 4.4.1 高质量GaN多孔缓冲插层的制备 |
| 4.4.2 多步连续生长对GaN单晶表面形貌的影响 |
| 4.4.3 多步连续生长对GaN单晶残余应力的影响 |
| 4.5 不同生长条件对生长GaN单晶质量的影响 |
| 4.6 不同生长条件对生长GaN单晶光学性质的影响 |
| 4.7 自支撑GaN单晶 |
| 4.8 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 GaN单晶衬底的加工研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 晶体定向 |
| 5.3 晶体切割 |
| 5.4 GaN单晶的研磨 |
| 5.4.1 不同研磨料对GaN研磨效率的影响 |
| 5.4.2 研磨对GaN晶片表面的影响 |
| 5.5 GaN单晶的抛光 |
| 5.5.1 不同抛光料对GaN晶片表面划痕的影响 |
| 5.5.2 不同抛光料对样品表面粗糙度的影响 |
| 5.5.3 SiO_2抛光液的对抛光效率的影响 |
| 5.6 不同晶面研磨、抛光效率差异 |
| 5.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 有待解决的问题和展望 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的论文、专利和奖励 |
| 附发表论文两篇 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（3）Ga2O3薄膜的HVPE生长仿真研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 GaN材料的性质及应用 |
| 1.2.1 GaN的基本性质 |
| 1.2.2 GaN材料的应用发展 |
| 1.3 Ga_2O_3材料的性质及应用 |
| 1.3.1 Ga_2O_3的基本性质 |
| 1.3.2 Ga_2O_3材料的应用发展 |
| 1.4 本文主要研究内容及安排 |
| 第二章 材料的生长方法、表征手段与CFD原理 |
| 2.1 材料的生长方法 |
| 2.1.1 物理气相输运法 |
| 2.1.2 氢化物气相外延法 |
| 2.2 纳米材料常用的表征手段 |
| 2.2.1 场发射扫描电子显微镜 |
| 2.2.2 拉曼光谱仪 |
| 2.2.3 光致发光谱 |
| 2.3 计算流体力学 |
| 2.3.1 CFD解决过程 |
| 2.3.2 计算流体力学基本方程 |
| 2.3.3 CFD数值模拟方法 |
| 2.4 计算流体力学常用软件 |
| 2.4.1 Gambit |
| 2.4.2 Fluent |
| 2.5 本章总结 |
| 第三章 PVT生长GaN纳米线的光学性质研究 |
| 3.1 实验系统介绍 |
| 3.2 实验方案 |
| 3.3 实验结果分析 |
| 3.3.1 温度对制备GaN纳米线的影响 |
| 3.3.2 样品的PL表征 |
| 3.3.3 衬底对制备GaN纳米线的影响 |
| 3.3.4 催化剂对制备GaN纳米线的影响 |
| 3.4 本章总结 |
| 第四章 二维HVPE反应腔体的数值模拟 |
| 4.1 HVPE系统反应腔二维模型的建立 |
| 4.2 GaCl占比对Ga_2O_3薄膜生长的影响 |
| 4.2.1 边界条件的设定 |
| 4.2.2 设计思想 |
| 4.2.3 仿真结果分析与优化 |
| 4.3 GaCl流量对Ga_2O_3薄膜生长的影响 |
| 4.3.1 边界条件的设定 |
| 4.3.2 仿真结果分析与优化 |
| 4.4 分隔气N-对Ga_2O_3薄膜生长的影响 |
| 4.4.1 边界条件的设定 |
| 4.4.2 仿真结果分析与优化 |
| 4.5 本章总结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
| 附录2 攻读硕士学位期间的竞赛成果 |
| 致谢 |
（4）GaN、InN纳米材料的制备与性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 Ⅲ族氮化物简介 |
| 1.2 纳米材料及其生长机理 |
| 1.2.1 VS生长机制 |
| 1.2.2 VLS生长机制 |
| 1.3 GaN纳米材料 |
| 1.3.1 GaN纳米材料的制备 |
| 1.3.2 GaN纳米材料的应用 |
| 1.4 InN纳米材料 |
| 1.4.1 InN纳米材料的制备 |
| 1.4.2 InN纳米材料的应用 |
| 1.5 论文选题意义和主要研究内容 |
| 第二章 实验方法及表征手段 |
| 2.1 材料制备的原料及设备 |
| 2.2 主要表征手段 |
| 第三章 GaN纳米材料的制备与性能研究 |
| 3.1 GaCl_3为源生长GaN纳米材料 |
| 3.1.1 双温区生长GaN纳米材料 |
| 3.1.1.1 样品制备 |
| 3.1.1.2 源基距对GaN生长的影响 |
| 3.1.1.3 衬底温度对GaN生长的影响 |
| 3.1.1.4 源区温度对GaN生长的影响 |
| 3.1.1.5 载气流量对GaN生长的影响 |
| 3.1.1.6 NH_3流量对GaN生长的影响 |
| 3.1.2 三温区生长GaN纳米材料 |
| 3.1.2.1 样品制备 |
| 3.1.2.2 源基距对GaN生长的影响 |
| 3.1.2.3 载气流量对GaN生长的影响 |
| 3.1.2.4 保温时间对GaN生长的影响 |
| 3.2 Ga2O_3为源生长GaN纳米材料 |
| 3.2.1 样品制备 |
| 3.2.2 生长温度对GaN生长的影响 |
| 3.2.3 NH_3流量对GaN生长的影响 |
| 3.2.4 GaN纳米材料的生长机理分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 InN纳米材料的制备与性能研究 |
| 4.1 样品制备 |
| 4.2 无催化剂生长InN纳米材料 |
| 4.2.1 生长温度对InN生长的影响 |
| 4.2.2 气体流量对InN生长的影响 |
| 4.2.3 正交试验生长InN纳米材料 |
| 4.2.4 InN纳米材料的性能研究 |
| 4.3 Au催化剂辅助生长InN纳米材料 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 GaN纳米材料的应用 |
| 5.1 塔状GaN纳米棒的紫外探测应用 |
| 5.1.1 塔状GaN纳米棒的材料性能 |
| 5.1.2 塔状GaN纳米棒的光电探测性能 |
| 5.2 GaN纳米线的电化学储能应用 |
| 5.2.1 GaN及GaN-MoS_2纳米线的性能表征 |
| 5.2.1.1 MoO_3为源生长GaN-MoS_2纳米线 |
| 5.2.1.2 Mo为源生长GaN-MoS_2纳米线 |
| 5.2.2 GaN及GaN-MoS_2纳米线的电化学性能 |
| 5.2.3 GaN及GaN-MoS_2纳米线的储能机理 |
| 5.3 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附件 |
（5）利用多孔衬底HVPE生长GaN单晶及其不同晶面性质的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 GaN的单晶结构 |
| 1.3 GaN单晶的生长方法 |
| 1.3.1 高压溶液生长法生长GaN单晶 |
| 1.3.2 助溶剂法生长GaN单晶 |
| 1.3.3 氨热法生长GaN晶体 |
| 1.3.4 氢化物气相外延法生长GaN晶体 |
| 1.4 GaN晶体的基本性质 |
| 1.5 非极性GaN晶体的研究意义及研究进展 |
| 1.6 GaN晶体的测试分析手段 |
| 1.6.1 扫描电子显微镜 |
| 1.6.2 高分辨X射线衍射 |
| 1.6.3 拉曼散射 |
| 1.6.4 光致发光光谱 |
| 1.6.5 X射线光电子谱 |
| 1.6.6 背散射电子衍射 |
| 1.7 本文的选题依据和主要研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 原料气体流量对HVPE生长GaN单晶的影响 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.3 NH_3流量对GaN晶体表面形貌的影响 |
| 2.4 NH_3流量对GaN晶体生长速率的影响 |
| 2.5 NH_3流量对GaN单晶质量的影响 |
| 2.6 NH_3流量对GaN晶体中残余应力的影响 |
| 2.7 NH_3流量对GaN晶体光学性质的影响 |
| 2.8 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 设计使用两步腐蚀衬底生长自支撑GaN单晶 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.3 两步腐蚀衬底的制备和调控 |
| 3.3.1 电化学腐蚀MOCVD-GaN |
| 3.3.2 磷酸二次腐蚀MOCVD-GaN |
| 3.4 两步腐蚀衬底HVPE生长GaN单晶和自剥离过程 |
| 3.5 两步腐蚀衬底对单晶性能的影响 |
| 3.5.1 两步腐蚀衬底对GaN单晶结晶质量的影响 |
| 3.5.2 两步腐蚀衬底对GaN单晶残余应力的影响 |
| 3.5.3 两步腐蚀衬底对GaN单晶光学性质的影响 |
| 3.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 不同晶面GaN的加工及其性质研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 GaN晶体的生长方法 |
| 4.2.2 不同晶面GaN的定向与加工 |
| 4.2.3 GaN晶体性能的表征方法 |
| 4.3 不同晶面GaN的表征与分析 |
| 4.3.1 不同晶面GaN的物相分析 |
| 4.3.2 不同晶面GaN的表面元素成分分析 |
| 4.3.3 不同晶面GaN的拉曼散射分析 |
| 4.3.4 不同晶面GaN的高分辨X射线分析 |
| 4.3.5 不同晶面GaN的光学性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 不同晶面GaN的电催化性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 试剂材料 |
| 5.2.2 材料表征 |
| 5.2.3 电化学测试 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 GaN单晶材料酸性条件电催化产氢性能 |
| 5.3.2 GaN单晶材料碱性条件电催化产氢性能 |
| 5.3.3 GaN单晶材料电催化产氧性能 |
| 5.3.4 电催化析氢过程的密度泛函计算 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 本文创新点 |
| 6.3 有待解决的问题和展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的论文 |
| 学位论文评闳及答辩情况表 |
（6）基于数值模拟的HVPE反应器设计与优化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 GaN材料的性质 |
| 1.2.1 GaN材料的基本性质 |
| 1.2.2 GaN的晶体结构 |
| 1.2.3 GaN的化学性质 |
| 1.2.4 GaN的光学特性 |
| 1.2.5 GaN的电学特性 |
| 1.3 GaN晶体的制备方法 |
| 1.3.1 GaN晶体制备历程 |
| 1.3.2 外延生长技术及衬底材料 |
| 1.3.3 HVPE生长GaN的研究历程 |
| 1.4 晶体的表征手段 |
| 1.4.1 扫描电子显微镜（SEM） |
| 1.4.2 拉曼光谱仪 |
| 1.4.3 光致发光谱 |
| 1.4.4 X射线衍射 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第二章 计算流体力学和HVPE生长系统 |
| 2.1 流体力学基础 |
| 2.1.1 流体基本性质 |
| 2.1.2 流体运动的描述方法 |
| 2.2 计算流体力学 |
| 2.2.1 计算流体力学发展历程 |
| 2.2.2 流体力学中的基本方程 |
| 2.2.3 计算流体力学数值模拟以及步骤 |
| 2.3 Fluent软件群[52,53] |
| 2.3.1 Gambit简介 |
| 2.3.2 Fluent6.0 简介 |
| 2.4 HVPE生长系统 |
| 2.4.1 HVPE生长系统分类 |
| 2.4.2 本课题模拟研究的立式大尺寸HVPE生长系统 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 HVPE系统反应腔的二维数值模拟 |
| 3.1 HVPE系统反应腔二维模型建立 |
| 3.1.1 反应腔几何模型和网格划分 |
| 3.1.2 边界条件 |
| 3.2 V/III比的数值模拟与优化 |
| 3.2.1 仿真模型 |
| 3.2.2 流场分布 |
| 3.2.3 分析与优化 |
| 3.3 主载气流量的数值模拟与优化 |
| 3.3.1 仿真模型 |
| 3.3.2 流场分布 |
| 3.3.3 分析与优化 |
| 3.4 分隔气流量的数值模拟与优化 |
| 3.4.1 仿真模型 |
| 3.4.2 流场分布 |
| 3.4.3 分析与优化 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 HVPE反应腔的三维数值模拟 |
| 4.1 HVPE系统反应腔三维模型建立 |
| 4.1.1 反应腔几何模型和网格划分 |
| 4.1.2 边界条件 |
| 4.2 分隔气流速的模拟与优化 |
| 4.2.1 仿真模型 |
| 4.2.2 流场分布 |
| 4.2.3 分析与优化 |
| 4.3 V/III比对气流浓度场分布的影响 |
| 4.3.1 仿真模型 |
| 4.3.2 流场分布 |
| 4.3.3 分析与优化 |
| 4.4 分隔气出气口角度的模拟 |
| 4.4.1 仿真模型 |
| 4.4.2 流场分布 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（7）氮气载气流量和系统温度对GaN膜质量的影响（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 实验仪器与实验方法 |
| 2 结果与讨论 |
| 2.1 N2载气流量的影响 |
| 2.1.1 HCl的N2载气流量的影响 |
| 2.1.2 NH3的N2载气流量的影响 |
| 2.1.3 总N2载气流量的影响 |
| 2.2 反应温度的影响 |
| 2.2.1 镓源反应温度的影响 |
| 2.2.2 Ga N生长区温度的影响 |
| 2.3 生长Ga N外延膜特性表征 |
| 2.3.1 喇曼光谱表征 |
| 2.3.2 光致发光特性研究 |
| 3 结论 |
（8）GaN单晶的HVPE生长及其应力和晶体取向研究（论文提纲范文）
| 目录 |
| Contents |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 GaN的晶体结构与结构缺陷 |
| 1.2.1 GaN单晶的基本结构 |
| 1.2.2 GaN晶体中的各种缺陷 |
| 1.2.2.1 GaN单晶中的点缺陷 |
| 1.2.2.2 GaN单晶中的二维缺陷 |
| 1.2.2.3 GaN单晶中的体缺陷 |
| 1.3 GaN单晶生长技术 |
| 1.3.1 GaN单晶的液相生长方法 |
| 1.3.1.1 高压溶液法生长GaN单晶 |
| 1.3.1.2 氨热法生长GaN单晶 |
| 1.3.1.3 助熔剂法生长GaN单晶 |
| 1.3.2 GaN单晶的气相生长方法 |
| 1.3.3 HVPE法生长GaN单晶进展 |
| 1.4 GaN单晶性质与表征 |
| 1.4.1 GaN单晶的基本性质 |
| 1.4.2 GaN单晶的表征手段 |
| 1.4.2.1 GaN单晶的结构分析方法 |
| 1.4.2.2 GaN单晶的光学分析方法 |
| 1.4.2.3 GaN单晶的形貌表征手段 |
| 1.4.3 利用EBSD技术分析GaN单晶结构和性质 |
| 1.5 GaN晶体材料发展展望 |
| 1.5.1 GaN单晶衬底材料的发展 |
| 1.5.2 非极性面GaN单晶生长 |
| 1.5.3 GaN基材料基本科学问题的研究 |
| 1.6 选题依据和主要研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 生长工艺对HVPE-GaN单晶性质的影响 |
| 2.1 HVPE生长条件对GaN性质的影响 |
| 2.2 HVPE生长实验设备与GaN单晶生长和测试过程 |
| 2.2.1 立式HVEP生长系统 |
| 2.2.2 测试与分析手段 |
| 2.3 GaCl载气流量对GaN晶体结构的影响 |
| 2.3.1 GaN单晶结构的XRD分析 |
| 2.3.2 不同GaCl载气流量生长GaN单晶质量分析 |
| 2.4 GaCl载气流量对GaN晶体光学性质的影响 |
| 2.4.1 GaCl载气流量对带边发射峰的影响 |
| 2.4.2 GaN单晶PL中的黄光带 |
| 2.5 GaCl载气流量对GaN单晶残余应力的影响 |
| 2.5.1 拉曼光谱分析六方GaN单晶的性质 |
| 2.5.2 不同GaCl载气流量下生长GaN单晶残余应力的分析 |
| 2.6 GaCl载气流量对GaN晶体表面形貌的影响 |
| 2.7 利用拉曼光谱分析GaN单晶的电学性质 |
| 2.7.1 LOPC模式拉曼散射峰的拟合 |
| 2.7.2 不同GaCl载气流量生长GaN单晶拉曼谱A_1(LO)峰的拟合 |
| 2.8 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 通过磷酸腐蚀衬底制备自剥离GaN单晶的研究 |
| 3.1 HVPE生长GaN自剥离获得自支撑单晶衬底 |
| 3.1.1 主要的自剥离方法 |
| 3.1.2 磷酸腐蚀衬底用于实现自剥离 |
| 3.2 磷酸腐蚀MOCVD-GaN衬底 |
| 3.2.1 不同腐蚀时间下GaN表面形貌的区别 |
| 3.2.2 N面腐蚀结构形貌 |
| 3.3 磷酸腐蚀N面GaN形成十二面锥状结构 |
| 3.3.1 GaN单晶N面腐蚀特征 |
| 3.3.2 N面腐蚀十二面锥形结构晶面分析 |
| 3.4 磷酸腐蚀衬底HVPE生长GaN单晶和自剥离 |
| 3.4.1 磷酸N面腐蚀衬底实现自剥离 |
| 3.4.2 GaN晶体N面腐蚀结构的HVPE生长 |
| 3.5 自支撑GaN单晶衬底应力分析 |
| 3.5.1 使用拉曼光谱分析自剥离GaN单晶中残余应力 |
| 3.5.2 蓝宝石衬底上外延生长GaN结构的应力计算 |
| 3.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 利用EBSD技术研究图形衬底上生长GaN晶体应力分布 |
| 4.1 图形衬底上HVPE生长GaN晶体 |
| 4.1.1 图形衬底结构降低GaN晶体残余应力 |
| 4.1.2 使用EBSD技术分析GaN单晶的结构 |
| 4.2 图形衬底上HVPE生长GaN晶体的生长模式 |
| 4.2.1 图形衬底和HVPE生长 |
| 4.2.2 图形衬底上的生长模式 |
| 4.3 GaN晶体与蓝宝石衬底之间晶体取向关系 |
| 4.3.1 使用EBSD分析异质外延系统晶体取向关系 |
| 4.3.2 晶体取向关系和晶格失配 |
| 4.4 图形衬底上生长GaN晶体的应力分布 |
| 4.4.1 利用EBSD分析蓝宝石衬底上生长GaN晶体中的应力 |
| 4.4.2 利用拉曼光谱分析图形衬底上生长GaN晶体中的应力 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 EBSD技术定量分析GaN晶体中应力分布 |
| 5.1 晶体中的应力和应力分析 |
| 5.1.1 晶体中的应力 |
| 5.1.2 晶体中应力的传统测试方法 |
| 5.1.3 使用EBSD技术分析晶体中的应力 |
| 5.2 HVPE生长GaN和测试条件 |
| 5.3 异质外延生长GaN晶体应力的描述 |
| 5.3.1 晶体材料中应力和应变的关系 |
| 5.3.2 异质外延生长GaN晶体中应力 |
| 5.4 晶体取向参数的分析 |
| 5.4.1 使用EBSD得到晶体取向参数 |
| 5.4.2 实际HVPE生长GaN晶体中的晶体取向 |
| 5.4.3 HVPE生长GaN晶体中晶体取向的变化规律 |
| 5.5 HVPE生长GaN单晶利用晶体取向参数计算应力 |
| 5.5.1 利用晶体取向参数计算应力 |
| 5.5.2 HVPE生长GaN晶体中应力分布 |
| 5.6 不同方法分析HVPE生长GaN晶体应力沿厚度方向的分布 |
| 5.6.1 理论计算得到的GaN晶体不同厚度应力值 |
| 5.6.2 利用拉曼光谱分析GaN晶体中应力沿厚度方向的分布 |
| 5.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 不同衬底上生长GaN晶体的比较 |
| 6.1 使用6H-SiC衬底HVPE生长GaN晶体 |
| 6.1.1 6H-SiC衬底用于外延生长GaN |
| 6.1.2 6H-SiC的基本结构和性质 |
| 6.2 HVPE生长GaN晶体与6H-SiC衬底晶体取向关系 |
| 6.2.1 在6H-SiC衬底上HVPE生长GaN晶体 |
| 6.2.2 使用EBSD技术分析GaN晶体与6H-SiC衬底晶体取向关系 |
| 6.2.3 GaN晶体与6H-SiC衬底之间的晶格失配 |
| 6.3 蓝宝石衬底与6H-SiC衬底上HVPE生长GaN晶体的比较 |
| 6.4 蓝宝石衬底小角晶界的研究 |
| 6.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 有待解决的问题和展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的论文 |
| 附录 |
| 附件 |
（9）利用减薄—键合衬底生长GaN单晶及其缺陷的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 GaN的晶体结构和基本性质 |
| 1.2.1 GaN的晶体结构 |
| 1.2.2 GaN的基本性质 |
| 1.3 GaN单晶的不同生长方法 |
| 1.3.1 Na助熔剂法 |
| 1.3.2 高压氮溶液生长法 |
| 1.3.3 氨热生长法 |
| 1.3.4 氢化物气相外延法 |
| 1.4 GaN外延生长所用的衬底 |
| 1.4.1 蓝宝石衬底 |
| 1.4.2 6H-SiC衬底 |
| 1.5 GaN单晶质量的表征设备 |
| 1.5.1 场发射扫描电子显微镜 |
| 1.5.2 高分辨X射线衍射仪 |
| 1.5.3 原子力显微镜 |
| 1.5.4 拉曼散射谱 |
| 1.5.5 光致发光光谱 |
| 1.6 论文的选题意义和研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 HVPE系统反应室及其生长参数的模拟计算 |
| 2.1 软件概述 |
| 2.1.1 CFD软件简介 |
| 2.1.2 FLUENT软件简介 |
| 2.1.3 FLUENT的求解过程 |
| 2.2 HVPE反应系统三维模型的建立 |
| 2.2.1 GaN生长原理 |
| 2.2.2 基本假设 |
| 2.2.3 HVPE反应室模型的构建 |
| 2.2.4 CFD的基本方程 |
| 2.2.5 边界条件 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 不同NH_3流量对HVPE反应室内气流场的影响 |
| 2.3.2 不同气体流量对HVPE反应室内气流场的影响 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 利用减薄-键合衬底生长GaN单晶的研究 |
| 3.1 减薄-键合衬底的设计及制备 |
| 3.2 生长工艺 |
| 3.3 减薄-键合衬底生长的GaN单晶的表征 |
| 3.3.1 减薄-键合衬底对GaN单晶质量的影响 |
| 3.3.2 减薄-键合衬底对GaN单晶残余应力的影响 |
| 3.3.3 减薄-键合衬底对GaN单晶光学质量的影响 |
| 3.3.4 减薄-键合衬底对GaN单晶表面形貌的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 不同生长条件下的GaN单晶的缺陷研究 |
| 4.1 不同GaN单晶样品的腐蚀 |
| 4.1.1 腐蚀工艺 |
| 4.1.2 腐蚀结果及讨论 |
| 4.2 利用PAT对GaN单晶本征缺陷的研究 |
| 4.2.1 正电子湮灭技术简介 |
| 4.2.2 测试与表征 |
| 4.2.3 结果与讨论 |
| 4.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 主要结论及有待进一步开展的工作 |
| 5.1 主要结论 |
| 5.2 主要创新点 |
| 5.3 有待进一步开展的工作 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间的论文、专利及奖励 |
| 附件 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（10）氢化物气相外延生长GaN厚膜的计算优化与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景和意义 |
| 1.1.1 半导体材料的发展 |
| 1.1.2 研究课题的意义 |
| 1.2 GaN 材料的性质和应用前景 |
| 1.2.1 GaN 的性质 |
| 1.2.2 GaN 的应用 |
| 1.3 GaN 晶体的外延生长方法 |
| 1.4 HVPE 生长 GaN 的研究进展 |
| 1.5 课题主要研究内容 |
| 第2章 数值计算理论模型和实验方法 |
| 2.1 数值计算理论模型 |
| 2.1.1 热量传输模型 |
| 2.1.2 气流和物质输运模型 |
| 2.1.3 热弹性应变的物理和数学模型 |
| 2.1.4 HVPE 生长 GaN 的穿透位错动力学 |
| 2.1.5 数值计算的主要步骤 |
| 2.2 HVPE-GaN 长晶及腐蚀实验 |
| 2.2.1 HVPE-GaN 的制备 |
| 2.2.2 熔融 KOH 对 HVPE-GaN 的腐蚀实验 |
| 2.3 晶体分析手段 |
| 2.3.1 扫描电子显微镜（SEM） |
| 2.3.2 能谱仪（EDS） |
| 2.3.3 高分辨 X 射线衍射仪（HRXRD） |
| 2.3.4 拉曼光谱仪 |
| 2.3.5 光致发光谱仪（PL） |
| 第3章 工艺参数对 GaN 晶体生长的影响 |
| 3.1 HVPE 系统模型的建立 |
| 3.2 边界条件设置 |
| 3.3 气体进气口到衬底的优化距离实验 |
| 3.3.1 数值计算模型 |
| 3.3.2 结论与分析 |
| 3.4 GaCl 载气流对 GaN 晶体生长的影响 |
| 3.4.1 数值计算模型 |
| 3.4.2 结论与分析 |
| 3.5 主载气 N2流量对 GaN 晶体生长的影响 |
| 3.5.1 数值计算模型 |
| 3.5.2 结论与分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 HVPE-GaN 中热应力和位错的数值计算 |
| 4.1 GaN 晶体中的应力分布 |
| 4.1.1 数值计算模型 |
| 4.1.2 结论与分析 |
| 4.2 晶体位错密度和衬底高度的关系 |
| 4.2.1 数值计算模型 |
| 4.2.2 结论与分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 优化工艺下生长 GaN 晶体的质量研究 |
| 5.1 晶体结构分析 |
| 5.1.1 XRD-θ-2θ扫描 |
| 5.1.2 XRD-φ扫描 |
| 5.2 晶体的表面形貌分析 |
| 5.3 晶体质量分析 |
| 5.3.1 XRD-ω扫描 |
| 5.3.2 拉曼光谱 |
| 5.3.3 光致发光光谱 |
| 5.4 HVPE-GaN 中的位错密度计算 |
| 5.4.1 HVPE-GaN 腐蚀前后的表面形貌分析 |
| 5.4.2 HVPE-GaN 晶体中位错密度计算 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
四、载气流量对HVPE外延生长GaN膜光学性质的影响（论文参考文献）
- [1]GaN微纳米棒状材料的自组装生长调控[D]. 于斌. 太原理工大学, 2020(07)
- [2]自支撑GaN单晶的HVPE生长及加工研究[D]. 胡海啸. 山东大学, 2020(08)
- [3]Ga2O3薄膜的HVPE生长仿真研究[D]. 李瑛. 南京邮电大学, 2019(03)
- [4]GaN、InN纳米材料的制备与性能研究[D]. 王婷. 华南理工大学, 2019(01)
- [5]利用多孔衬底HVPE生长GaN单晶及其不同晶面性质的研究[D]. 霍勤. 山东大学, 2018(12)
- [6]基于数值模拟的HVPE反应器设计与优化[D]. 景杰. 南京邮电大学, 2016(02)
- [7]氮气载气流量和系统温度对GaN膜质量的影响[J]. 刘战辉,张李骊,李庆芳,修向前,张荣,谢自力. 半导体技术, 2013(11)
- [8]GaN单晶的HVPE生长及其应力和晶体取向研究[D]. 邵永亮. 山东大学, 2013(04)
- [9]利用减薄—键合衬底生长GaN单晶及其缺陷的研究[D]. 张浩东. 山东大学, 2013(10)
- [10]氢化物气相外延生长GaN厚膜的计算优化与实验研究[D]. 田吉利. 哈尔滨工业大学, 2013(01)