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[学位]

Na助溶剂法氮化镓晶体生长装置的改进与生长条件的初步探索

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Author:

李静思 (李静思.)

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学位论文库

Abstract:

随着信息技术和光电技术的发展,氮化镓(GaN)基半导体的优异性能越来越被人们所重视,高质量的GaN单晶可以为信息存储技术和半导体照明技术带来革命性发展。但是,由于GaN晶体生长速度慢和多晶问题,质量高价格相对便宜的GaN单晶很难得到。因此,如何生长得到质量高价格便宜的GaN单晶成为半导体领域研究的热点。GaN晶体生长方法主要有氢化物气相外延法(HVPE)、高压溶液法(HPS)、氨热法和Na助溶剂法。经过分析调研我们认为,Na助溶剂法是最有可能生长出质量高价格相对便宜的GaN体单晶的方法。围绕Na助溶剂法生长GaN晶体的条件主要进行了以下工作:1. 参考国内外的相关研究,设计和建造了小型高压GaN晶体生长装置并进行了GaN晶体生长实验。根据实验结果,总结了该设备的优点与不足,Na的挥发和坩埚氧化问题得到抑制,但是GaN晶体生长的真实条件难于确认并且不利于生长大尺寸单晶。考虑到高压容器的高温蠕变和高压容器散热过快导致坩埚附近温度过低,提出了改进方案:减小高压腔体尺寸并且用哈氏合金代替304不锈钢。2. 对实验室的大型高压GaN晶体生长装置进行了改造,用镍铬丝代替铁铬铝发热体,解决了其不能在高压环境下长时间工作的问题,使大型高压生长设备能够提供GaN晶体生长的基本条件,并用这个设备生长得到了大量尺寸1mm左右的GaN单晶以及最大尺寸大约为3mm的GaN单晶。3. 为了更好地进行GaN晶体生长条件的探索,在大型高压GaN晶体生长装置中进行了温场测试实验。根据炉丝不同的功率配置,制作了不同的炉芯,设计了温场测试装置,并用两段炉丝的炉芯测试了真空(0.01MPa)、常压(0.1MPa)、2MPa、3.5MPa、5MPa、6MPa和7.2MPa等几个压力下,500℃、600℃、700℃、750℃、800℃、850℃和900℃等几个控温温度下晶体生长炉的温场分布,重点测试了真空、常压和2MPa三个压力下的温场,并画出温场曲线进行分析。通过对实验结果的总结分析发现,控温温度的改变和压力的改变都会影响晶体生长炉的温度梯度。真空和常压下,控温温度的改变对晶体生长炉的温场影响不大;高压下,晶体生长炉温场的温度梯度随着控温温度的升高而增大。由于传热方式的改变,压力的升高对晶体生长炉温场的影响很大:(1) 只有上段炉丝工作时,晶体生长炉的温度梯度随着压力的升高而升高;(2) 只有下段炉丝工作时,晶体生长炉温度梯度随着压力的升高而减小;(3)上下两段炉丝同时工作时,若两个控温点的温度差一定,晶体生长炉中上段的温度梯度会随着压力的升高而减小,下段的温度梯度随着压力的升高而升高到某一极限值。在接下来的GaN晶体生长工作中,可以根据这些实验结果调节晶体生长炉的温度梯度。关键词:GaN晶体生长;Na助溶剂法;装置;温场测试论文类型:应用研究

Keyword:

GaN晶体生长Na助溶剂法装置温场测试

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学电子与信息工程学院

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Basic Info :

Degree: 工程硕士

Mentor: 李振荣

Year: 2013

Language: Chinese

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WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 9

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