1、HVPE 法制备高质量 GaN 单晶研究Growth of high quality GaN singlecrystal by HVPE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
3、（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
4、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
5、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ABSTRACTGallium nitride (
6、GaN) as the third generation of wide band gap semiconductormaterial, has become more and more popular in recent years. GaN has direct bandgapwith band gap of 3.4 eV, which can be adjusted to achieve coverage spectral rangefrom red light to violet light. This m
7、akes it is ideal for UV devices, Blu-ray devicesapplications. As for physical and chemical properties, GaN material possesses manyadvantages such as good chemical stability, anti-corrosion, high melting temperature,good thermal conductivity, anti-radiation and
8、 so on. Besides, GaN can exhibits goodelectrical properties, including high breakdown voltage, high electron mobility andlow dielectric constant. Based on the above advantages, gal
