GaN在Si(001)上的ECR等离子体增强MOCVD直接生长研究(英文)
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MOCVDMOCVD是金属有机化合物化学气相淀积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition)的英文缩写。
MOCVD是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术.它以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料,以热分解反应方式在衬底上进行气相外延,生长各种Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。
通常MOCVD系统中的晶体生长都是在常压或低压(10-100Torr)下通H2的冷壁石英(不锈钢)反应室中进行,衬底温度为500-1200℃,用射频感应加热石墨基座(衬底基片在石墨基座上方),H2通过温度可控的液体源鼓泡携带金属有机物到生长区。
MOCVD技术具有下列优点:(l)适用范围广泛,几乎可以生长所有化合物及合金半导体;(2)非常适合于生长各种异质结构材料;(3)可以生长超薄外延层,并能获得很陡的界面过渡;(4)生长易于控制;(5)可以生长纯度很高的材料;(6)外延层大面积均匀性良好;(7)可以进行大规模生产。
MOCVD系统组成因为MOCVD生长使用的源是易燃、易爆、毒性很大的物质,并且要生长多组分、大面积、薄层和超薄层异质材料。
因此在MOCVD系统的设计思想上,通常要考虑系统密封性,流量、温度控制要精确,组分变换要迅速,系统要紧凑等。
不同厂家和研究者所产生或组装的MOCVD设备是不同的,但一般来说,MOCVD设备是由源供给系统、气体输运和流量控制系统、反应室及温度控制系统、尾气处理及安全防护报警系统、自动操作及电控系统等组成。
l)源供给系统包括Ⅲ族金属有机化合物、V族氢化物及掺杂源的供给。
金属有机化合物装在特制的不锈刚的鼓泡器中,由通入的高纯H2携带输运到反应室。
为了保证金属有机化合物有恒定的蒸汽压,源瓶置入电子恒温器中,温度控制精度可达0.2℃以下。
氢化物一般是经高纯H2稀释到浓度5%一10%后,装入钢瓶中,使用时再用高纯H2稀释到所需浓度后,输运到反应室。
LED外延片及知名生产企业介绍外延生长的大体原理是,在一块加热至适当温度的衬底基片(要紧有蓝宝石(Al2O3)和SiC,Si)上,气态物质In,Ga,Al,P有操纵的输送到衬底表面,生长出特定单晶薄膜。
目前生长技术要紧采纳有机金属化学气相沉积方式。
大体原理Ⅲ-V族氮化合物InN、GaN、AIN及其合金材料,其带隙宽度从至,覆盖了可见光及紫外光光谱的范围。
GaN材料系列是一种理想的短波长发材料,对GaN材料的研究与应用是现今全世界研究的前沿和热点,市场上的及紫光LED都是采纳GaN基材料生产出来的。
GaN是极稳固的化合物和坚硬的高熔点材料,也是直接跃迁的宽带隙半导体料,不仅具有良好的物理和化学性质,而且具有电子饱和速度高、热导率好、禁带宽度大和介电常数小等特点和强的抗辐照能力,可用来制备稳固性能好、寿命长、耐侵蚀和耐高温的大器件,目前普遍应用于子、蓝光LED、紫光探测器、高温大功率器件和高频微波器件等光电器件。
制备高质量的GaN基材料和薄膜材料,是研制和开发发光外延材料及器件性能的前提条件。
目前市场上尚未哪家公司能生产两寸的高质量的GaN单晶衬底,即便有GaN单晶衬底,价钱也相当的昂贵。
此刻大多数公司利用的衬底材料都是兰宝石(Al2O3),尽管它与GaN失配达%,在兰宝石衬底上生长的GaN 薄膜材料会有超级高的位错密度,但本钱低、价钱低廉,工艺也比较成熟,在高温下有良好的稳固性。
工艺金属有机物化学气相淀积(Metal-OrganicChcalVaporDeposition,简称 MOCVD), 1968年由美国洛克威尔公司提出来的一项制备化合物单品薄膜的新技术。
该设备集周密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、、化学、多学科为一体,是一种程度高、价钱昂贵、技术集成度高的尖端子专用设备,要紧用于GaN(氮化镓)系半导体材料的外延生长和蓝色、绿色或紫外发光二极管芯片的制造,也是光电子行业最有进展前途的专用设备之一。
In催化GaN纳米线的MOCVD生长研究的开题报告开题报告:催化GaN纳米线的MOCVD生长研究1. 研究背景氮化镓(GaN)材料在固态照明、激光器、高电子迁移率晶体管等领域中具有广泛应用前景。
然而,传统的GaN材料在光学、电学和热学性能方面都存在缺陷。
为了克服这些问题,研究者们开始探索GaN纳米线的合成方法,并开展了广泛的研究。
其中,催化化学气相沉积(MOCVD)技术是一种被广泛应用的研究方法,它具有高度可控性、高温度下的器件制备和尺寸可调性优点。
2. 研究内容本研究计划基于MOCVD技术合成GaN纳米线,并通过研究不同生长参数对GaN纳米线形貌和光学性质的影响,探究最佳的生长参数。
具体工作包括:(1)选择适当的基底和催化金属;(2)通过优化MOCVD生长的参数(如生长温度、气氛等)来制备GaN纳米线;(3)使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X 射线衍射(XRD)等表征技术来分析GaN纳米线的形态和结构特征;(4)使用光谱技术(如光致发光谱、紫外可见吸收谱)等技术来研究GaN纳米线的光学性质。
3. 研究意义研究结果可以为制备高质量的GaN纳米线提供新思路和方法,从而提高GaN材料的性质和应用。
研究中还将深入研究GaN纳米线的物理和化学性质,这将为相关应用领域提供重要的科学基础。
4. 研究技术路线本研究的技术路线如下:(1)制备催化金属和基底;(2)调节反应气氛和沉积温度,通过MOCVD技术制备GaN纳米线;(3)使用SEM、TEM和XRD等技术对GaN纳米线的形貌和结构特征进行表征;(4)通过光谱技术研究GaN纳米线的光学性质。
5. 预期结果通过本次研究,我们将制备高品质的GaN纳米线,并优化相关生长参数。
同时,我们也将深入分析GaN纳米线的结构、形貌和光学性质。
最终实现对GaN纳米线的高效合成和性质调控,为GaN材料的应用提供新思路和方法。
参考文献:1. K. L. H. Tsui, A. Ng, W. J. Liu, et al. Growth of GaN nanowire arrays for photovoltaic applications by MOCVD. Journal of Crystal Growth, 2011, 316(1): 29-34.2. W. Zhou, J. Song, J. Sui, et al. Enhanced ultra-violet emission from ZnO/GaN hybrid nanowires synthesized by MOCVD. Journal of Luminescence, 2017, 184: 40-45.3. H. Y. Shi, Y. B. Zhan, L. S. Cui, et al. MOCVD growth of vertically aligned GaN nanorods. Applied Surface Science, 2008, 254(19): 6227-6231.。