HVPE法制备高质量GaN单晶研究GrowthofhighqualityGaNsinglecrystalbyHVPE学科专业：电子与通信工程研究生：杨丹丹指导教师：秦玉香副教授徐永宽高级工程师天津大学电子信息工程学院二零一五年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日我是爱天大的！！学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要氮化镓（GaN）是第三代宽禁带半导体材料研究中的热点。在光学性质方面，氮化镓材料为直接带隙，禁带宽度为3.4eV，其合金带隙覆盖了从红色到紫色的光谱范围，尤其适合在紫外、蓝光器件方面的应用；在物理化学性质方面，GaN具有化学稳定性好、不易被腐蚀，熔化温度高、热传导性能优良、抗辐射等优点；在电学性质方面，GaN具有很高的击穿电压和电子迁移率，且介电常数低，决定了氮化镓器件将具有很高的性能。这些优点使氮化镓在光电子、微电子器件领域具有重要的应用潜力。本文首先对GaN材料的发展、常用衬底、主要表征手段进行了综述介绍，进而对在蓝宝石衬底上氢化物气相外延（HVPE）法生长GaN进行了工艺研究，研究内容包括高质量厚层GaN单晶生长工艺研究、降低生长GaN单晶层弯曲度研究以及衬底分离技术研究。主要研究成果如下：（1）通过选用不同掩膜图形开展试验研究，确定了条形掩膜图形更利于初期掩膜长合，可有效抑制位错延伸，对降低位错密度效果明显。（2）通过V/III比例、生长温度、生长压力、载气等生长工艺参数的调节，分析各参数对晶体质量、晶片弯曲的影响，最终生长出厚度大于60μm、表面光滑无坑，位错密度在106cm-2以下，表面粗糙度Ra（2μmx2μm）在0.1nm以下的厚层GaN基片。（3）生长出厚度大于300μm超厚层GaN基片，采用激光剥离技术进行衬底去除，通过试验结果验证，详细介绍了影响激光分离的因素，最终获得完整2英寸自支撑GaN单晶衬底材料。（4）采用插入层技术，结合边缘保护技术实现超厚层GaN基片自剥离，获得厚度大于450μm，直径45mm的自支撑GaN单晶衬底材料。关键词：氢化物气相外延;GaN单晶;自支撑;激光剥离万方数据ABSTRACTGalliumnitride(GaN)asthethirdgenerationofwidebandgapsemiconductormaterial,hasbecomemoreandmorepopularinrecentyears.GaNhasdirectbandgapwithbandgapof3.4eV,whichcanbeadjustedtoachievecoveragespectralrangefromredlighttovioletlight.ThismakesitisidealforUVdevices,Blu-raydevicesapplications.Asforphysicalandchemicalproperties,GaNmaterialpossessesmanyadvantagessuchasgoodchemicalstability,anti-corrosion,highmeltingtemperature,goodthermalconductivity,anti-radiationandsoon.Besides,GaNcanexhibitsgoodelectricalproperties,includinghighbreakdownvoltage,highelectronmobilityandlowdielectricconstant.Basedontheaboveadvantages,galliumnitridehaspotentialtobeusedwidelyinoptoelectronicdevicesandmicroelectronicdevices.ThisthesisfirstintroducesthedevelopmentofGaN,substratematerialsusedforGaNgrowth,characterizationtechniques.Then,thegrowthprocessofGaNonasapphiresubstratebyhydridevaporphaseepitaxy(HVPE)technology,includinggrowthtechnologiesofthicklayerofhigh-qualityGaNsinglecrystal,reductionofthecurvatureoftheGaNsinglecrystallayerandsubstrateseparationtechnology,isstudied....
