宽禁带半导体衬底材料及ZnO薄膜的制备研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘世良 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2006 |
| 授予单位 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 |
| 导师 | 徐军 |
| 关键词 | GaN ZnO 复合衬底 LiGaO2 LiAlO2 气相传输平衡（VTE） |
| 中文摘要 | GaN基宽禁带半导体材料在高亮度发光二极管、短波长半导体激光器、紫外光探测器、高温高功率电子器件等领域有着广泛的应用。ZnO作为另一种直接带隙的宽禁带材料，由于室温下激子束缚能高达60meV，是继GaN之后光电研究领域的又一热点。尽管氮化物外延技术取得很大的进展，但仍有许多问题没有解决。本论文集中于宽禁带半导体衬底材料的生长和ZnO薄膜的制备工作。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、原子力显微镜、透射光谱以及光致发光谱等手段研究它们的特性。所做工作主要包括以下三个部分： 1. 利用气相传输平衡技术制备γ-LiAlO2/α-Al2O3复合衬底。自行设计了VTE设备，通过试错法逐步摸索VTE工艺，对蓝宝石的c面、a面和r面进行VTE处理，在各自表面获得了一层γ-LiAlO2薄膜。在如下工艺条件下：以150℃/h的升温速率从室温升至745℃，保温5h，再以100℃/h的升温速率升至1050℃，保温48h，空冷至室温，a面蓝宝石表层的γ-LiAlO2具有高度的[200]择优取向。分析了应力及条纹方向一致性与择优取向的关系。分析了腐蚀和退火对蓝宝石表层γ-LiAlO2的取向和结晶质量的影响，腐蚀可部分改善γ-LiAlO2层的择优取向，控制腐蚀时间至关重要。退火可改善a面蓝宝石表层γ-LiAlO2晶粒的质量。对VTE过程中的动力学进行了初步研究，认为其实质是个气-固相非催化反应过程，并对过程的宏观反应速率进行了定性推导。 2. 利用提拉法生长LiGaO2晶体。通过一定的原料配比（Li2CO3 : Ga2O3=1.01 : 1），获得尺寸为Φ30×40 mm的镓酸锂晶体。晶体呈乳白色且不透明，表面粗糙。晶体的结晶质量从顶至底逐渐下降，这是由于在提拉过程中，氧化锂不断从熔体中挥发，导致熔体成分逐步偏离化学计量比，进而影响晶体的结晶质量。（001）面抛光晶片中存在三种缺陷：沿[110]和[-110]方向的十字线；沿[010]方向排列的直线；平行于（010）面的界面。对晶体的几个低指数晶面进行了腐蚀研究，结果显示，（001）面十字线区域和（-110）面出现不同的腐蚀形貌，这是由于晶体在生长过程中出现极性反转而产生了多畴结构造成的。在不同温度下对质量不高的镓酸锂晶片进行了VTE处理，结果显示镓酸锂晶片在1000℃下的VTE处理效果最好，摇摆曲线的半高宽值仅为25.3秒。通过调整原料配比（Li2CO3 : Ga2O3=1 : 1）、改进工艺及温度场、使用质量更高的籽晶，生长出尺寸为Φ40×45 mm的透明无色的镓酸锂晶体。 3. 利用脉冲激光沉积技术制备ZnO薄膜。（002）镓酸锂与（002）氧化锌之间的晶格失配仅有1.8～3.4％，我们首次尝试在镓酸锂衬底上外延氧化锌薄膜。沉积温度分别为350℃、500℃和650℃。结果表明，在镓酸锂衬底上获得不同程度c轴取向的氧化锌薄膜。其中500℃时，氧化锌薄膜择优取向最好，其（002）峰的半高宽仅768.8秒。光致发光谱显示500℃所沉积的氧化锌薄膜仅在378nm附近出现紫外发射峰，而在可见光区域几乎没有发光峰。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.siom.ac.cn/handle/181231/15548]  |
| 专题 | 上海光学精密机械研究所_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘世良. 宽禁带半导体衬底材料及ZnO薄膜的制备研究[D]. 中国科学院上海光学精密机械研究所. 2006. |
入库方式： OAI收割
来源：上海光学精密机械研究所
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