文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
蓝宝石衬底上高质量AlN材料生长研究
姓名:冯超
申请学位级别:硕士
专业:光学工程
指导教师:陈长清
2011-01-04
华中科技大学硕士学位论文
摘要
Ⅲ族氮化物以其优异的特性得到广泛关注,AlGaN 体系材料对应发光波长在
210-340nm,适合可应用于白光照明、生化检测、消毒净化等领域的紫外发光器件,
成为目前研究的热点。而 AlGaN 材料,由于体单晶的缺失,一般采用 AlN 作为生长
模板。因此,要得到适用制作器件的高质量 AlGaN 材料,制备高质量 AlN 材料成为
必须要首先解决的难题。AlN 薄膜异质外延,常采用 SiC、Si 或蓝宝石作为衬底材料。
而 AlN 与这些材料不匹配,晶体质量很差。本文围绕高质量 AlN 材料的生长展开,
采用两步法生长,主要研究缓冲层生长参数对外延层的影响。
首先详细阐述 MOCVD 生长原理,本实验所用的表征设备 HR-XRD、AFM 等及
数据处理方法。根据 AlN 材料的特性,分析衬底选择、表面预处理、反应腔压力、
V/III 比等对 AlN 生长影响,确定相关生长参数。
然后探讨缓冲层生长温度对外延层结晶质量和表面形貌的影响。在 600℃~870℃
区间内选取不同温度生长 6 个样品,而保持其他生长参数不变。用透射谱、AFM、
HR-XRD 等检测,发现在 690℃~780℃时表面出现原子级台阶,尤其在 780℃,晶体
质量比较好。温度较低,位错密度大;温度较高,表面粗糙,出现许多小坑。
进一步改变缓冲层生长时间,来研究缓冲层厚度的作用。生长 3 个样品,生长
时间为分钟时,样品(0002)面 FWHM 为 116arcsec,(1012 )面 FWHM 为 1471arcsec,
并且表面出现原子级台阶。而外延层较薄较厚,表面均未出现台阶,晶体质量和表
面形貌均很差。根据这两组实验结果,分析缓冲层对外延层的作用机理。
最后在前面实验较好的生长模板上,采用连续方式生长一层高温 AlN。通过两
组实验,在不同生长温度下,改变 TMAl 和 NH3 流量、V/III 比等来初步探讨连续生
长方式对 AlN 质量的影响。

关键词:氮化铝缓冲层外延层晶体质量表面形貌

I
华中科技大学硕士学位论文
ABSTRACT
Group-III nitrides attain much attention for their outstanding properties. Due to
light-emitting wavelength laying at 210~340nm, AlGaN material suitable for
ultraviolet(UV) emitters are used in many applications such as white light illumination,
biochemistry survey and sterilizers. Since currently the absence of defect-free bulk
substrates has led to AlGaN using an AlN underlying layer to avoid cracks, we need to
grow high-quality AlN first. In this thesis, we study the growth of AlN on sapphire and
discuss the influence on epitaxial layer of the growth parameter of buffer layer.
Firstly, the principle of anic chemical vapor phase deposition(MOCVD) and
characterization equipments used in this thesis are stated clearly. Then, we optimize the
parameters and proceedings, such as substrate type, pre-process, V/III ratio, pressure of
the actor. Six samples were grown on sapphire by MOCVD for different growth
temperature of the buffer layer w