检索结果-内蒙古大学图书馆

固体电子学研究与进展 2004年第3期24卷 265-274,280页

作者：薛舫时南京电子器件研究所南京210016

ⅲ族氮化物半导体具有宽禁带和直接带隙 ,导带能谷间距大 ,强场输运特性好。Al Ga N/Ga N异质结产生高密度的二维电子气 ,屏蔽了杂质和缺陷的散射 ,改善了低场输运性能。它弥补了宽禁带半导体输运性能差的缺点 ,已研制成大功率的 HFET... 详细信息

ⅲ族氮化物半导体具有宽禁带和直接带隙 ,导带能谷间距大 ,强场输运特性好。Al Ga N/Ga N异质结产生高密度的二维电子气 ,屏蔽了杂质和缺陷的散射 ,改善了低场输运性能。它弥补了宽禁带半导体输运性能差的缺点 ,已研制成大功率的 HFET。利用强场下的速度过冲有望消除阴极端的速度凹坑 ,显著改进器件性能。电子气的强二维性使输运特征依赖于器件结构和工作状态 ,器件设计变为一个剪裁电子状态和输运特性的复杂工程。文中综述了族氮化物及其二维电子气的输运特性 ,讨论了从输运特性出发 ,优化 HFET性能的问题。

关键词： ⅲ族氮化物二维电子气输运性能异质结场效应管

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新型ⅲ族氮化物日盲紫外变像管的研制及导弹逼近告警系统作用距离估算

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兵工学报 2017年第5期38卷 924-931页

作者：任彬江兆潭郭晖石峰程宏昌拜晓锋申志辉杨晓波周跃崔穆涵北京理工大学物理学院北京100081 微光夜视技术重点实验室陕西西安710065 重庆光电技术研究所重庆400060 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室吉林长春130033

围绕ⅲ族氮化物半导体在紫外战术导弹逼近告警系统中的潜在应用前景,设计出一种基于新型ⅲ族氮化物半导体光电阴极的紫外变像管,确定了影响光电阴极光电发射性能的Al摩尔组分、膜层厚度和P型掺杂水平。利用高分辨率X射线衍射仪和紫外分... 详细信息

围绕ⅲ族氮化物半导体在紫外战术导弹逼近告警系统中的潜在应用前景,设计出一种基于新型ⅲ族氮化物半导体光电阴极的紫外变像管,确定了影响光电阴极光电发射性能的Al摩尔组分、膜层厚度和P型掺杂水平。利用高分辨率X射线衍射仪和紫外分光光度计,对光电阴极结构和光学日盲特性进行仿真分析和测试。紫外变像管的光谱辐射灵敏度测试结果显示:探测器像管的辐射灵敏度在220~270 nm波段范围内波动较小,在波长266 nm处的辐射灵敏度为39.7 m A/W,光谱响应从波长270 nm之后开始急剧下降,表明其本征具有良好的日盲紫外属性。基于变像管的光谱辐射灵敏度测试结果及信噪比的作用距离模型,采用MODTRAN大气模拟软件包对以此变像管为核心探测器件的导弹逼近告警系统作用距离进行迭代求解。计算结果显示:导弹逼近告警系统的作用距离可达到7.1 km.

关键词：兵器科学与技术导弹逼近告警紫外变像管光电对抗 ⅲ族氮化物作用距离

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MOCVD生长ⅲ族氮化物镓源的选择

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半导体光电 2002年第2期23卷 109-113页

作者：顾星叶志镇赵炳辉浙江大学硅材料国家重点实验室浙江杭州310027

MOCVD是生长ⅲ族氮化物材料最成功的技术之一。镓源的选择是该技术中重要的一环。详细比较了三甲基镓和三乙基镓两种主要的镓源对生长样品在微结构、表面形态、电学性质和光学性质方面的不同影响。

关键词： MOCVD 镓源 ⅲ族氮化物 GaN TMGa TEGa

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ⅲ族氮化物量子阱光电子学特性和应用的研究

Ⅲ族氮化物量子阱光电子学特性和应用的研究

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作者：路慧敏北京交通大学

学位级别：博士

ⅲ族氮化物半导体,包括AlN, GaN和InN及它们所组成的三元化合物AlGaN, InAIN, InGaN和四元化合物InAlGaN,因为其禁带宽度覆盖了紫外到可见光的重要光谱范围,具有比目前为止其它半导体材料更大的发展潜力和更广阔的应用前景。随着材料生... 详细信息

ⅲ族氮化物半导体,包括AlN, GaN和InN及它们所组成的三元化合物AlGaN, InAIN, InGaN和四元化合物InAlGaN,因为其禁带宽度覆盖了紫外到可见光的重要光谱范围,具有比目前为止其它半导体材料更大的发展潜力和更广阔的应用前景。随着材料生长技术和器件制备技术的提高,近十几年来ⅲ族氮化物在光电子领域尤其是发光器件的应用上取得了长足的进步。由于量子限制效应使量子阱结构的发光器件在性能上更为优越,实用化的ⅲ族氮化物发光器件基本采用量子阱结构来制作,对ⅲ族氮化物量子阱进行理论和应用研究具有深刻的现实意义。尽管十几年来ⅲ族氮化物量子阱发光器件的特性和应用研究都取得了很大的进展,但仍旧存在很多有待解决的问题。本文将针对ⅲ族氮化物量子阱发光器件研究所面临的部分关键问题进行研究,并提出一些合理的解决方案。本文的具体研究内容和成果主要包括： 1.首先建立了基于修正的k-p方法的ⅲ族氮化物量子阱光电子学特性的理论模型,该模型充分考虑了极化效应、阱间耦合以及应力效应的影响,通过对导带和价带有效质量方程和泊松方程的自洽求解,最终可以得到ⅲ族氮化物量子阱结构的光电子学特性。并采用非均匀网络的有限差分法,建立了能够计算任意复杂应变量子阱结构光电子学特性的高级语言数值计算程序。 2.针对III族氮化物特有的极化特性,本文应用建立的基于k·p方法的理论模型,以蓝光应用的InGaN/GaN多量子阱结构为例,详细分析了极化效应对ⅲ族氮化物量子阱光电子学特性的影响及产生这种影响的原因。之后分析了在极化效应影响下,InGaN多量子阱结构的光电子学特性对阱宽和垒厚依赖性增强的原因。在此基础上本文提出了通过采用掺In垒层或采用极化匹配InAlGaN垒层的方法,能够改善极化效应对InGaN多量子阱结构光电子学特性的影响,利用k·p方法模型得到的仿真程序,从理论上证明了在采用掺In垒层或采用极化匹配InAlGaN垒层后,InGaN多量子阱结构中极化影响的改善。 3.针对ⅲ族氮化物的白光应用,本文提出了采用对应辐射波长互补的两种InAlGaN量子阱,按一定顺序排列形成的非规则多量子阱结构实现单芯片、无荧光粉双色白光LED。或者采用红光、绿光和蓝光量子阱组合而成的InAlGaN非规则多量子阱结构实现三色白光LED。通过分析不同设计参数InAlGaN非规则多量子阱结构的光电子学特性,从理论上验证了通过选择合适的设计参数,InAlGaN非规则多量子阱结构的辐射光谱将接近白光。本文进一步讨论了红极化效应的影响下,应用于双色和三色白光LED的InGaN非规则多量子阱结构的优化设计。 4.为了分析ⅲ族氮化物量子阱器件远离平衡态时的输运特性,本文建立了基于Wigner函数的ⅲ族氮化物量子阱结构的量子输运模型,该方法通过自洽求解Wigner函数形式的电子和空穴刘维尔方程及泊松方程,能够得到ⅲ族氮化物量子阱结构内部的载流子动态情况。之后采用有限差分法离散化刘维尔方程和泊松方程,建立了能够计算任意复杂应变量子阱结构输运特性的高级语言数值计算程序。应用基于Wigner函数的量子输运模型,对InGaN/GaN量子阱结构中的载流子输运问题进行了分析。并将Wigner函数和k-p方法相结合,进一步分析了考虑量子输运时InGaN/GaN量子阱结构的光学特性。

关键词： ⅲ族氮化物量子阱 k·p方法极化效应白光LED 非规则多量子阱 Wigner函数

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ⅲ族氮化物半导体衬底材料的制备研究

Ⅲ族氮化物半导体衬底材料的制备研究

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作者：彭观良中国科学院上海光学精密机械研究所

学位级别：博士

ⅲ族氮化物半导体材料主要包括InN，GaN，AlN及其合金。近来，由于多方面的应用，ⅲ族氮化物(尤其是GaN)获得了极大的关注和广泛的研究。它们优异的物理性能，尤其是宽带隙、高物理强度和出色的化学稳定性，使之成为许多光电子器件(如... 详细信息

ⅲ族氮化物半导体材料主要包括InN，GaN，AlN及其合金。近来，由于多方面的应用，ⅲ族氮化物(尤其是GaN)获得了极大的关注和广泛的研究。它们优异的物理性能，尤其是宽带隙、高物理强度和出色的化学稳定性，使之成为许多光电子器件(如太阳盲区紫外光电探测器，蓝、绿光发光二极管和激光二极管，等)的理想材料。ⅲ族氮化物的三元或四元合金(如AlGaN，InGaN，AlGaInN)覆盖的带隙宽度可从InN的1.9eV到GaN的3.4eV直到AlN的6.2eV。使用宽带隙ⅲ族氮化物材料制作的晶体管传送的微波功率密度得到空前的提高，这方面的潜在应用包括无线通信、卫星通信、军事和商业雷达系统等。此外，ⅲ族氮化物在全色显示、激光打印、高密度信息存储、水下通信、高温/高功率电子器件等众多领域也拥有巨大的应用前景。不幸的是，ⅲ族氮化物体单晶迄今尚未能商用。所以它们的应用大多依靠沉积于别的衬底上的ⅲ族氮化物异质外延膜。本论文探究三种可供选择的衬底，即白宝石、铝酸锂、γ-LiAlO2/α-Al2O3复合衬底，以用于GaN的外延生长。详细地研究了上述三种衬底材料的结构，力学、热学及化学性能，以及制备技术。主要的创新性结论总结如下。\n (1)化学机械抛光技术可以提供平坦化而又不至于破坏材料的表面。采用化学机械抛光(CMP)及酸蚀工艺处理白宝石衬底，得到了平坦化的表面。平坦化的衬底表面是提高外延膜质量的关键。\n (2)采用温梯法生长出了透明γ-LiAlO2晶体。发现晶体上部为LiAl5O8和LiAlO2的多晶混合物，中部形成了透明的单相γ-LiAlO2晶体，底部检测到包含有钼金属颗粒。这种现象是因为Li的挥发造成的。\n (3)采用提拉法生长了尺寸达φ45×50mm3的γ-LiAlO2单晶。发现仅仅在晶体毛坯的底部生成了一种缺锂相(LiAl5O8)。γ-LiAlO2晶体化学稳定性差，在室温时轻微水解。当在空气中于1100℃退火70小时，γ-LiAlO2晶体挥发出锂组分，在表面产生缺锂相(LiAl5O8)。值得注意的是，在γ-LiAlO2晶体的红外光谱区不存在氢氧根吸收带。\n (4)研究了γ-LiAlO2晶体的热稳定性。发现在1100℃空气或真空中退火使γ-LiAlO2晶片表层变成LiAl5O8多晶，而富锂气氛退火可以有效地抑制晶体中锂组分的挥发，保持晶格完整性、提高晶体质量。\n (5)首次采用提拉法生长掺镓铝酸锂晶体。结果表明LiAl1-xGaxO2(x=0，0.1，0.2，0.

关键词： ⅲ族氮化物半导体材料衬底白宝石铝酸锂

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ⅲ族氮化物材料MOCVD反应室的优化设计

Ⅲ族氮化物材料MOCVD反应室的优化设计

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作者：谷承艳中国科学院大学

学位级别：博士

ⅲ族氮化物半导体由GaN、AlN、InN三种直接带隙化合物半导体及其组分可调的三元(InGaN、AlGaN、InAlN)四元(InAlGaN)合金组成，其禁带宽度从InN的0.7eV到AlN的6.2 eV连续可调，覆盖了从红外到紫外的波长范围，是迄今禁带宽度调制范围最... 详细信息

ⅲ族氮化物半导体由GaN、AlN、InN三种直接带隙化合物半导体及其组分可调的三元(InGaN、AlGaN、InAlN)四元(InAlGaN)合金组成，其禁带宽度从InN的0.7eV到AlN的6.2 eV连续可调，覆盖了从红外到紫外的波长范围，是迄今禁带宽度调制范围最宽的半导体体系，并具有一系列的优异物理和化学性质，成为目前半导体研究的前沿与热点。目前，ⅲ族氮化物半导体器件研究开发热点主要集中在三个方面:(1)低In或低Al组分GaN基LED或微电子器件及非极性半极性GaN基LED或LD，特别是大尺寸低成本Si衬底GaN基LED器件或电力电子器件。(2)高Al组分AlGaN基光电器件(如UV-LED、UV-LD、UV探测器)或微电子器件(如HEMT、HFET);(3)高In组分InGaN基光电器件(如纯绿光LED或LD、单芯片白光LED、全光谱太阳电池器件)。而MOCVD是ⅲ族氮化物半导体材料和器件制备生长和规模化生产的主流装备，但由于不同组分ⅲ族氮化物半导体材料和器件的制备生长工艺条件存在非常大差异，需要设计不同的MOCVD反应室结构以满足不同组分ⅲ族氮化物材料和器件制备生长工艺需要。本论文针对现有商品化MOCVD设备的功能局限，针对不同组分ⅲ族氮化物半导体材料和器件的研究开发需要，利用计算机通过流场模拟进行新型MOCVD反应室结构的优化设计研究，具体研究内容和研究结果如下:\n (1)流体力学守恒型控制方程是Fluent数值模拟的基础。利用数值方法对求解的区域进行离散，即网格生成，然后对控制方程和定解条件在网格节点上进行离散，最后求解。本文中的计算采用有限体积法生成非结构化网格，然后将控制方程在网格节点上进行离散化，运用压力耦合方程的半隐式算法(SIMPLE)求解耦合的动量、能量方程。因此文中对有限体积法及SIMPLE算法的过程进行了详细的介绍，同时也对Fluent软件进行了简要的介绍。\n (2)为了满足大尺寸GaN LED外延片的制备生产技术需要，我们借鉴日本日亚公司双气流MOCVD反应室的设计思想，利用Fluent模拟设计出了一种新型水平三层流热壁MOCVD反应室结构，其技术关键是除对衬底加热外还引入顶壁加热，以抑制热对流。该新结构MOCVD反应室，既能很好弥补常规水平多层流反应室的热对流、顶壁沉积、原料消耗大、生长效率低等技术不足，还可采用组合集成方式形成多腔室的MOCVD反应系统，实现低成本、高效、规模化生产。\n (3)我们提出了—非轴对称的垂直流反应室设计方案，针对高Al组分AlGaN基光电材料和器件研发需要高温MOCVD设备的技术需求，我们利用Fluent对该垂直流反应室进行了模拟优化，最后得出了新型垂直流喷淋式高温MOCVD反应室的结构，其技术关键分别在于圆锥形导流罩和喷淋头上的喷管中间稀外围密的非均匀排布方式设计。此新结构高温MOCVD反应室，既能有效降低难以克服的高温涡流对材料均匀可控生长的影响，还对削弱预反应和提高材料生长效率具有积极效果。\n (4)在前面提出的非轴对称的垂直流反应室设计方案的基础上，针对高In组分InGaN基光电材料和器件研发需要高压MOCVD设备的技术需求，我们以InN的生长条件为准，利用Fluent模拟设计出了一种新型垂直流喷淋式高压MOCVD反应室结构，其技术关键在于喷淋头中氨气和In源喷管的排布方式设计。该新结构高压MOCVD反应室，既能有效降低高压涡流对材料均匀可控生长影响，还对削弱预反应和提高材料生长效率具有积极效果。\n (5)本文最后计算了在调制掺杂的AlxGa1-xAs/GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中空间层厚度波动散射对量子阱中二维电子气迁移率的影响。

关键词： ⅲ族氮化物半导体材料生长工艺 MOCVD反应室优化设计

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ⅲ族氮化物增强型HEMT与TFET器件研究

Ⅲ族氮化物增强型HEMT与TFET器件研究

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作者：段小玲西安电子科技大学

学位级别：博士

以GaN为代表的ⅲ族氮化物半导体是直接带隙的宽禁带半导体材料,由于具有高电子迁移率、高击穿场强、强极化、抗辐照和耐高温等优越的材料特性,已经在照明领域得到广泛的应用,并在光伏、探测、高速数字电路、微波功率和电力电子等领域表... 详细信息

以GaN为代表的ⅲ族氮化物半导体是直接带隙的宽禁带半导体材料,由于具有高电子迁移率、高击穿场强、强极化、抗辐照和耐高温等优越的材料特性,已经在照明领域得到广泛的应用,并在光伏、探测、高速数字电路、微波功率和电力电子等领域表现出巨大的应用潜力。其中,以AlGaN/GaN异质结为代表的ⅲ族氮化物异质结构,因强极化效应诱导异质结界面处形成高浓度的二维电子气（2DEG）,非常适合于制备高电子迁移率晶体管（HEMT）,这也导致了ⅲ族氮化物HEMT一般为耗尽型器件。但是,增强型器件在电力电子开关和E/D模数字电路等领域具有独特的优势和不可替代的作用。当今,通过研究新的材料结构、器件结构和器件工艺提出了凹栅刻蚀、氟（F）等离子体注入、p-GaN帽层和非极性HEMT等多种增强型器件实现方法。此外,ⅲ族氮化物材料还非常适合制备隧穿场效应晶体管（TFET）,考虑到InN、GaN、AlN及其多元合金半导体材料可以覆盖从0.7 eV到6.2 eV的整个带隙范围,而其中的窄带隙材料非常符合TFET对材料带隙的要求。再加上ⅲ族氮化物半导体是直接带隙且具有强极化效应,对隧穿结附近能带的调节作用以及其它材料优势,ⅲ族氮化物半导体在TFET器件领域已经开始受到关注。而且,已有报道证明应用InN、GaN及其合金材料制备的TFET器件表现出了优越的器件特性,显示出在低功耗领域的巨大应用潜力。但是,无论是在增强型HEMT器件还是在TFET器件方面,氮化物的研究都还不够成熟,特别是关于氮化物TFET器件的研究才刚刚起步。基于上述研究背景,本文提出并开展了对于凹槽沟道的AlGaN/GaN异质结HEMT新型增强型器件和InGaN TFET器件的研究。从理论模拟计算角度对以上两种器件的特性进行了详细的研究和分析,并针对半极性面侧壁凹槽沟道AlGaN/GaN异质结HEMT增强型器件进行器件制备,对器件设计和器件特性做出了分析。本文主要的研究工作和成果如下。1.提出了一种凹槽沟道的AlGaN/GaN异质结HEMT增强型器件结构。该器件采用凹槽刻蚀结合二次生长的方法实现,理想情况栅下凹槽侧壁的沟道区域是非极性面,不存在2DEG,其他沟道区域是极性面,存在2DEG。器件正是利用栅下的凹槽侧壁无2DEG的非极性面沟道实现器件的增强型工作。该器件结构不仅结合了极性和非极性面材料的优势,而且在同一晶片上同时制备增强型和耗尽型器件时满足工艺的兼容性。通过Silvaco-Atlas器件仿真研究发现,当凹槽刻蚀深度在大于500 nm时,器件阈值电压受凹槽刻蚀深度的影响变得很小。通过优化器件参数、凹槽深度和栅金属功函数,器件得到了182 mS/mm的跨导和85 mV/dec的亚阈值斜率特性,并且发现凹槽沟道HEMT比常规平面沟道HEMT具有更好的击穿特性,前者的击穿电压比后者提高了78%。2.研究了凹槽侧壁晶面倾角对凹槽沟道HEMT器件特性的影响。首先计算了凹槽侧壁AlGaN/GaN异质结2DEG浓度随侧壁晶面倾角的变化。在此基础上通过二维仿真软件研究了不同半极性晶面的凹槽沟道HEMT器件的转移特性。研究显示随着凹槽侧壁晶向与c面晶向的夹角增加时,AlGaN/GaN异质结的2DEG密度减小,器件阈值电压向正电压方向移动。并且,当夹角等于90°时,器件阈值电压达到最大值。3.设计并制备了半极性沟道HEMT器件。通过综合考虑各晶面材料生长难度、表面形貌、电子迁移率和电子饱和速度等,选择{11?0x}作为沟道晶面。采用四甲基氢氧化铵（TMAH）处理和低损伤电感耦合等离子体（ICP）刻蚀改善了干法刻蚀对材料表面晶格的损伤,改善了表面形貌。通过优化势垒层和沟道层生长条件后,制备了凸起沟道结构、凹槽沟道结构、单边面漏沟道结构和单边面源沟道结构四种半极性沟道HEMT器件。研究发现单边面源结构器件具有更大的开态电流。通过调节势垒厚度,得到了阈值电压为+0.5 V的增强型器件特性。并且电流崩塌效应显示由于半极性面器件沟道区域材料较低的陷阱浓度和较低的栅极近漏端电场,使得半极性面器件比极性面器件具有较低的漏延迟现象。此外,半极性面沟道HEMT器件也表现出较好的栅延迟特性。4.提出了一种缓变漏区域的源端沟道InGaN TFET器件。首先,该器件采用缓变漏区域In组分的方法调节漏区域材料的带隙宽度,从而调节漏/沟道隧穿结的能带结构,进而达到实现降低器件双极电流的效果。通过仿真研究,这样的材料结构设计确实达到了预期的目的,双极电流(Iambipolar)从常规结构的2.0×10-8 A/μm降低到缓变漏区域TFET（GD-TFET）的1.9×10-14 A/μm。其次,源端沟道采用高In组分能够调节源/沟道隧穿结的能带结构,使得开态状态下隧穿势垒降低,隧穿几率增加,从而提高了器件的开态电流。通过对器件参数进行优化,最终T

关键词：凹槽沟道增强型极化效应高电子迁移率晶体管隧穿场效应晶体管 ⅲ族氮化物

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ⅲ族氮化物低维纳米结构的理论研究

Ⅲ族氮化物低维纳米结构的理论研究

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作者：陈新南京大学

学位级别：博士

从1985年发现C<,60>始，经过将近二十年的不懈努力，人们对于层状化合物体系富勒烯及纳米管结构的合成、生长机制、结构、性能及应用等诸方面的研究都已有了相当的积累和系统化的认识。而对于非层状化合物体系而言，其类... 详细信息

从1985年发现C<,60>始，经过将近二十年的不懈努力，人们对于层状化合物体系富勒烯及纳米管结构的合成、生长机制、结构、性能及应用等诸方面的研究都已有了相当的积累和系统化的认识。而对于非层状化合物体系而言，其类富勒烯及纳米管结构的研究则刚刚开始，目前还停留在这类新颖纳米结构的有意或无意的实验探索阶段，对相关实验现象和概念的认识尚处在起步阶段。这正是我们面临的挑战和机遇。在此起步阶段，如何建立正确的概念，透过实验现象认识到内在的本质，对于促进这个领域沿着正确的方向健康、快速发展无疑具有十分重要的意义。本论文结合现有实验进展，从理论的角度出发，着重围绕Ⅲ族元素氮化物富勒烯和纳米管、线结构，开展了以下几个方面工作：\n 1．从平均张力能的角度出发，系统地研究了（BN）<,n>笼状富勒烯结构，得到了八面体对称性富勒烯结构的特殊稳定性，这与前人的结论相吻合；首次提出了相对键角偏差的概念，通过其在BN体系的应用，与从平均张力能出发得到的稳定性规律一致，因此，相对键角偏差这一参数用于描述纳米结构稳定性具有一定的可行性。\n 2．通过（BN）<,n>和（AIN）<,n>富勒烯结构的比较，得到了后者相对于前者的不稳定性，并通过N原子上孤对电子的环行离域解释了四元环结构在AIN体系中的不稳定性；构建了违背“四元环隔离”原则的AIN针状富勒烯结构，考察了其相对稳定性，并通过与体相结构的比较，解释了这种结构稳定性的来源。\n 3．构建了角面AIN纳米管的结构模型，并对实验中获得的AIN纳米管结构及可能的生长机制作出了合理的解释。通过张力能和相对键角偏差的比较，验证了这种角面结构相对于类似于单壁碳纳米管的圆柱状结构的稳定性，进而确立了非层状化合物体相晶体结构与相应纳米管晶体结构及截面形貌之间的对应关系。\n 4．类比于六边形截面的AlN—维纳米结构的构建方式，我们构建了三角形截面的AlN—维纳米结构，并从平均张力能的角度出发验证其相对稳定性，从而预言了这一种新颖结构的存在。\n 5．通过对AlN—维纳米结构的能带结构、态密度和电荷密度分布的分析，合理解释了这类纳米材料的良好场发射性能。从电荷密度分布的分析解释了单壁AlN纳米管束体系中管壁结构随管间距变化的现象。

关键词： ⅲ族氮化物低维纳米结构层状化合物生长机制富勒烯纳米管平均张力能

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ⅲ族氮化物的MOCVD生长研究

Ⅲ族氮化物的MOCVD生长研究

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作者：毕朝霞南京大学

学位级别：博士

随着GaN材料研究的逐步成熟和器件的应用，InN和高InN组分的InGaN材料自从2002年以来成为氮化物半导体研究中的另一个热点。高质量InN薄膜的制备发现其禁带宽度和早期报道的1.89eV偏离比较大，为0.7eV左右。这使得InN和高InN组分的InGa... 详细信息

随着GaN材料研究的逐步成熟和器件的应用，InN和高InN组分的InGaN材料自从2002年以来成为氮化物半导体研究中的另一个热点。高质量InN薄膜的制备发现其禁带宽度和早期报道的1.89eV偏离比较大，为0.7eV左右。这使得InN和高InN组分的InGaN材料在光纤通讯器件和高效率太阳能电池方面存在重要的应用价值。另外，InN在氮化物半导体中具有最高的电子漂移速率，InN基场效应晶体管的截止频率理论值可达THz。目前，MBE制备的InN薄膜的迁移率已达到2100cm<’2>／Vs，而MOCVD制备的InN薄膜的迁移率也达到1200cm<’2>／Vs。\n 针对以上研究热点，我们主要进行了两方面的工作，即（1）：ZnAl<，2>O<，4>α-Al<，2>O<，3>衬底的制备与GaN薄膜的MOCVD生长：（2）：InN薄膜的MOCVD生长、退火和氧化。得到的主要结论如下：\n 1、我们通过PLD淀积的ZnO薄膜和α-A1<，2>O<，3>衬底的反应来制备ZnAl<，2>O<，4>／a-Al<，2>O<，3>衬底。结果表明ZnO和Al<，2>O<，3>之间的固相反应主要由反应原子在ZnAl<，2>O<，4>薄膜中的扩散控制，Zn原子的扩散为其中一个扩散机制。其固相反应的表观激活能为504kj／mol。在1100℃，随生长时间增加，ZnAl<，2>O<，4>薄膜的表面形貌从均匀分布的“岛”状结构首先演变为“棒”状结构，最后演变为突起的“线”状结构。对应的ZnAl<，2>O<，4>薄膜从单一的［111］取向变为多晶，然后重新向［111］取向对齐，这种结构上的变化和其表面形貌存在一定的联系。\n 2、在“岛”状结构和具有“线”状结构的ZnAl<，2>O<，4>／α-Al<，2>O<，3>衬底上利用LP-MOCVD系统直接生长了GaN薄膜。在“岛”状分布的ZnAl<，2>O<，4>-A1<，2>O<，3>衬底上得到了单－【0001】取向的GaN薄膜，而在具有“线”状结构的ZnAl<,2>O<,4>／α-Al<,2>O<,3>衬底上得到的GaN为多晶。单一【0001】取向GaN薄膜的室温PL谱呈现强烈的带边发射，半高宽为28nm，X射线摇摆曲线半高宽为0.

关键词： ⅲ族氮化物 MOCVD生长 GaN薄膜氮化物氮化物半导体

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ⅲ族氮化物及稀氮化物性质研究

Ⅲ族氮化物及稀氮化物性质研究

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作者：赵传阵南京大学

学位级别：博士

ⅲ族氮化物(Ⅲ-Nitrides)半导体材料和稀氮半导体材料均是当今半导体研究的热点。ⅲ族氮化物材料由AlN、GaN、InN以及它们的三元或者四元合金化合物组成。AlN、GaN、InN均为直接带隙材料，带隙分别为0.7eV(1.77μm)、3.4eV(365nm)和6.2e... 详细信息

ⅲ族氮化物(Ⅲ-Nitrides)半导体材料和稀氮半导体材料均是当今半导体研究的热点。ⅲ族氮化物材料由AlN、GaN、InN以及它们的三元或者四元合金化合物组成。AlN、GaN、InN均为直接带隙材料，带隙分别为0.7eV(1.77μm)、3.4eV(365nm)和6.2eV(200nm)，通过调节组分，其合金化合物的带隙在从红外一直到紫外的宽波段内连续可调。ⅲ族氮化物在半导体光电子器件领域，尤其在蓝光和紫外波段，具有广泛而重要的研究和应用价值。而稀氮半导体材料，特别是GaInNAs，非常适合用于制备长波长垂直腔面发射激光器。\n 本文研究了Ⅲ-Ⅴ族化合物中的几个问题。分别采用了模拟计算，实验表征和物理建模等研究方法。在立式HVPE反应器生长GaN模拟研究中，我们首先做了若干假设，建立了理论模型，在此基础上，我们设计了设备尺寸，并利用有限元法进行了模拟计算，对设备的各项参数进行了模拟优化。在利用MSCPA计算ⅲ族氮化物禁带宽度中，我们在SCPA基础上，对SCPA模型做了修正，通过修正的模型，不仅可以计算三元合金的禁带宽度，而且还可以计算四元合金禁带宽度。在退火模型中，通过退火前若干理想条件的假设，采用热动力学的方法，我们建立了快速热退火导致应变Gai-xInxNyAs1-y形成In-N团簇的模型，模型中的应变能和键能的平均变化量是通过拟合的方式得到的。最后我们研究了InGaN合金的变温光学特性。通过变温PL实验，在10-300K范围内对三个组分的InGaN样品做了测量。取得的主要研究结果如下:\n (1)随着衬底与气体入口距离的增加，GaN沉积速率下降。随着衬底与气体入口距离的增加，GaN沉积的均匀性先变好，而后变差，表明在重力方向与GaCl气体出口方向相反时，存在衬底与气体入口距离的最佳值，在最佳距离上，沉积的均匀性最好。模拟结果表明在我们立式HVPE系统中这个距离为5厘米。若增大GaCl气体和NH3的流量，模拟结果表明GaN的沉积速率与GaCl气体流量呈线形关系，与相关文献报道的结果一致。通过模拟得到了优化的生长参数。用优化的边界条件计算得出的结果为:GaN的沉积速率较高，其均匀性达到98％，衬底附近Ⅴ/Ⅲ摩尔浓度比为80左右。模拟的结果还表明重力方向与GaCl气体出口方向的夹角的大小，对GaN沉积的速率和均匀性影响很大。重力方向与GaCl气体出口方向相反时得到的计算结果与两者方向相同时得到的计算结果比较，尽管GaN沉积速率有所下降，但是沉积均匀性却得到了极大的改善。此外还讨论了浮力效应对GaN沉积的影响。\n (2) MSCPA方法不但可以用来计算Ⅲ-Ⅴ族三元合金禁带宽度，通过两次使用MSCPA模型，还可以用来计算Ⅲ-Ⅴ族四元合金禁带宽度。在用来计算四元合金InxGayAl1-x-yN禁带宽度合金时:发现在In组分x一定的条件下，InxGayAl1-x-yN禁带宽度随Ga组分y增加而下降，在Ga组分x一定的条件下，Inx GayAl1-x-yN禁带宽度随In组分y增加而下降。\n (3)三个富Ga区域的InxGa1-xN样品中均观察到了S-型温度依赖关系，同时在中温度区域，观察到了FWHMs随温度降低而快速下降。研究表明，上述两种现象均与局域化效应有关。\n (4)通过模型计算了N原子周围最近邻In原子平均数目随组分和温度的变化情况，与实验结果符合的很好。退火后，在同一N组分下，N原子周围平均In原子数目随x的增大而增大，在同一In组分下，N原子周围平均In原子数目随N组分的增加而减小。此模型的建立，一方面有助于解释退火后光谱发生蓝移的本质，另一方面对通过退火方法来改善Ga1-xInx NyAs1-y薄膜质量和发光特性有一定的指导意义。

关键词： ⅲ族氮化物稀氮化物结构表征热动力学生长参数半导体材料

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