（微电子学与固体电子学专业论文）alinngan异质结的制备及其性质研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：日期：礁堡年! p 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 蝣：蝉聊虢辑 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 符号说明v 第一章引言1 1 1 半导体材料的发展1 1 2a i i n n g a n 异质结的研究进展1 1 3g a n 薄膜的性质2 1 3 1 结构性质2 1 3 2g a n 材料物理、化学及电学性质3 1 4a l i n n 薄膜的性质3 1 4 1 晶体结构3 1 4 2a i i n n 材料物理、化学及电学性质4 1 4 3a i l n n 薄膜的研究难点4 1 5 本论文的研究内容及安排5 第一章a 1 1 。i n x n 薄膜的制备方法及表征手段6 2 1a 1 1 - x i n x n 薄膜的制备方法6 2 1 1 液相外延法6 2 1 2 真空蒸发镀膜法6 2 1 3 溅射镀膜7 2 1 4 离子镀膜8 2 1 5 化学气相沉积法8 2 2a i i n n 薄膜性质的表征方法1 1 2 2 1 晶体结构测试分析1 1 2 2 2 晶体成分测试分析1 1 2 2 3 薄膜表面形貌测试分析1 2 2 。2 4 拉曼光谱1 3 第三章m o c v d 法的镀膜原理及制备过程1 5 山东大学硕士学位论文 3 1m o c v d 系统。15 3 2 薄膜的制备1 6 3 2 1 实验前的准备工作1 6 3 2 2 薄膜制备的实验过程。1 7 第四章m o c v d 法制备g a n 薄膜的研究。1 9 4 1 缓冲层时间对g a n 薄膜生长的影响。1 9 4 2 反应温度对g a n 薄膜性质的影响2 3 4 3 不同v 一族比例对g a n 薄膜性质的影响2 4 第五章m o c v d 法制备高i n 组分a 1 1 x i n x n 薄膜的研究2 7 5 1 生长温度对高i n 含量的a 1 1 x i n x n 薄膜性质的影响2 7 5 2 不同i 族有机源比例对a 1 1 x h l x n 薄膜性质的影响2 9 5 2 1 不同i i i 族有机源流量比对薄膜结构的影响3 0 5 2 2 不同i 族有机源流量比对薄膜组分的影响。3 1 第六章m o c v d 法制备a i i n n g a n 异质结的研究3 3 6 1 氮化对a 1 l 略i n x n g a n 异质结性质的影响。3 3 6 1 1 氮化对a 1 1 x i n x n g a n 异质结表面形貌的影响3 6 6 1 2 氮化对l 喇i n x n g a n 异质结薄膜应力的影响3 7 6 2 生长温度对m 1 x h ( n g a n 异质结性质的影响3 8 6 2 - 1 生长温度对a 1 1 x i n x n g a n 异质结薄膜组分的影响3 8 6 2 2 生长温度对a 1 1 。i n x n g a n 异质结表面形貌的影响3 9 6 2 3 生长温度对a 1 1 x i n x n g a n 异质结薄膜应力的影响4 1 6 3v 族比例对a 1 1 x i n x n g a n 异质结性质的影响4 2 6 3 1 不同v i 族比例对a 1 1 x i n x n g a n 异质结薄膜组分的影响。4 3 6 3 2 不同v 族比例对a 1 1 x h l x n ，g a n 异质结薄膜表面形貌的影响4 4 6 3 3 不同v i i i 族比例对a 1 1 x h l x n g a n 异质结薄膜应力的影响4 6 6 4 有机金属源比例对a 1 1 x i n x n g a n 异质结性质的影响4 7 6 4 1 不同i i i 族有机金属源流量比对h a l x i n x n g a n 异质结薄膜组分的 影响4 8 6 4 2 不同i i i 族有机金属源流量比对a 1 1 x i n x n g a n 异质结薄膜表面形 i i 一 山东大学硕士学位论文 貌的影响4 9 6 4 3 ；不n j i i i 族有机金属源流量比对a 1 1 。i n 。n g a n 异质结薄膜应力的 影响5 1 第七章结论5 3 参考文献5 5 致谢5 7 山东大学硕十学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t ( i nc h i n e s e ) i a b s t r a c t i i i l i s to fs y m b o l s v c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n ”1 1 1d e v e l o p m e n to fs e m i c o n d u c t o rm a t e r i a l s 1 1 2d e v e l o p m e n to f a l l n n g a nh e t e r o j u n c t i o n s r e s e a r c h 1 1 3p r o p e r t i e so f g a nf i l m s 2 1 3 1s t r u c t u r a lp r o p e r t i e s 2 1 3 2p h y s i c a l c h e m i c a la n de l e c t r i c a lp r o p e r i t i e s 3 1 4p r o p e r t i e so f a l l n nf i l m s 3 1 4 is t r u c t u r a lp r o p e r t i e s ：3 1 4 2p h y s i c a l ，c h e m i c a la n de l e c t r i c a lp r o p e r i t i e s 4 1 4 3d i f f i c u l t yo f a l l n nf i l m s s t u d y 4 1 5p u r p o s ea n dc o n t e n to fs t u d y 5 c h a p t e r2p r e p a r a t i o na n dm e a s u r e m e n tm e t h o d so f a l l x i n x nf i l m s 6 2 1p r e p a r a t i o nm e t h o d so f a l l x i n x nf i l m s 6 2 1 1l i q u i dp h a s ee p i t a x i a l ”6 2 1 2v a c u u me v a p o r a t i o n “6 2 1 3s p u t t e r i n g 7 2 1 4i o np l a t i n g “8 2 1 5c h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o n 8 2 2m e a s u r e m e n tm e t h o d so f a l l n nf i l m s 11 2 2 1m e a s u r e m e n ta n da n a l y s i so fs t r u c t u a lp r o p e r t i e s 11 2 2 2c o m p o s i t i o na n a l y s i so ff i l m s “11 2 2 3s u r f a c em o r p h o l o g ya n a l y s i s 1 2 2 2 4r a m a n s p e c t r o s c o p y 1 3 c h a p t e r3m e t a lo r g a n i cc h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o n ( m o c v d ) 1 5 3 1m o c v d s y s t e m 1 5 l v 山东大学硕士学位论文 皇皇寡曼詈詈曼苎篁鼍皇! 皇! 曼! ! 篁皇詈竺! ! 鼍詈皇皇孽i n m 一m 鼍鼍皇皇鼍鼍詈蔓基毫! 曼皇 3 2p r e p a r a t i o no ff i l m s 16 3 2 1p r e p a r a t i o nw o r k sb e f o r eg r o w t h 1 6 3 2 2p r e p a r a t i o np r o c e s so f f i l m s 1 7 c h a p t e r4p r e p a r a t i o na n di n v e s t i g a t i o no f g a n f i l m s 1 9 4 1e f f e c to fb u f f e rg r o w t ho ng a nf i l m s 19 4 2e f f e c to ft e m p e r a t u r eo ng a nf i l m s 2 3 4 3e f f e c to f d i f f e r e n t v i i iv a p o rp h a s er a t i o o ng a n f i l m s 2 4 c h a p t e r5p r e p a r a t i o na n di n v e s t i g a t i o no f h i g h i n a 1 1 x i n x nf i l m s 2 7 5 1e f f e c to f t e m p e r a t u r eo nh i g h i na l l 找i n , , nf i l m s ”2 7 5 2e f f e c to f d i f f e r e n tg r o u p i i ir a t i oo nh i 曲一i n a l l 代i n x nf i l m s 2 9 5 2 1s t r u c t u r a lp r o p e r t i e sa n a l y s i s 3 0 5 2 2c o m p o s i t i o na n a l y s i s 31 c h a p t e r6p r e p a r a t i o na n di n v e s t i g a t i o no f a i i n n g a nh e t e r o j u n c t i o n s 3 3 6 1e f f e c to f n i t r i d a t i o no na i l n n g a nh e t e r o j u n c t i o n s 3 3 6 1 1s u r f a c em o r p h o l o g ya n a l y s i s 3 6 6 1 2s t r e s sa n a l y s i s 3 7 6 2e f f e c to fg r o w t ht e m p e r a t u r eo na i l n n g a nh e t e r o j u n c t i o n s 38 6 2 1c o m p o s i t i o na n a l y s i s 3 8 6 2 2s u r f a c em o r p h o l o g ya n a l y s i s 3 9 6 2 3s t r e s sa n a l y s i s 4 1 6 3e f f e c to fv i i iv a p o rp h a s er a t i oo na i i n n g a nh e t e r o j u n c t i o n s 4 2 6 3 1c o m p o s i t i o na n a l y s i s 4 3 6 3 2s u r f a c em o r p h o l o g ya n a l y s i s 4 4 6 3 3s t r e s sa n a l y s i s 4 6 6 4e f f e c to f d i f f e r e n tg r o u p - i i ir a t i oo na i i n n g a nh e t e r o j u n c t i o n s 4 7 6 4 1c o m p o s i t i o na n a l y s i s 4 8 6 4 2s u r f a c em o r p h o l o g ya n a l y s i s 4 9 6 4 3s t r e s sa n a l y s i s 5 1 c h a p t e r7c o n c l u s i o n 5 3 r e f e r e n c e s 5 5 v 山东大学硕十学何论文 a c k n o w l e d g e 5 7 v i 山东大学硕士学位论文 摘要 近年来，g a n 基器件的研究受到了越来越广泛的关注，a 1 g a n g a nh e m t 的研究也有了突飞猛进的进展，但是由应力产生的压电效应问题一直限制着 a 1 g a n g a nh e m t 材料和器件的发展。 相对于a 1 g a n 的受限，a 1 1 x i n x n 在x 取o 1 7 时，可以与g a n 的晶格实现 完美匹配，从而在理论上减少界面缺陷，消除应力效应，避免压电极化，具有 更高的载流子浓度，以及更高的可靠性。此外，a 1 n 材料具有极高的居里温度 ( 1 0 0 0 。c ) ，也预示着a i l n n g a n 异质结比a 1 g a n g a n 具有更高的化学和热 学稳定性，从而改善表面不稳定控制，减少极化偶极子诱导沟道。 虽然相较于研究较为成熟的a 1 g a n 材料，a i l n n 材料具有更优良的性能， 但是由于高质量的a l i n n 薄膜难以生长，因此关于a i l n n 材料和器件的相对研 究较少。就目前研究而言，如何制备高质量的a i l n n 薄膜是研究难点。本文使 用m o c v d 方法，制备了a 1 i x i n x n g a n 异质结，并研究了不同生长条件下薄 膜的结构、表面形貌和成分组成等性质。 本论文的研究工作和研究成果如下： 1 、采用m o c v d 方式，以纯度为9 9 9 9 9 9 的三甲基镓t m g a g a ( c h 3 ) 3 】 作为g a 源，采用纯度为9 9 9 9 9 9 的高纯n h 3 作为n 的提供者，纯度为9 9 9 9 9 9 高纯n 2 作为源载气，改变缓冲层生长时间( 1 m i n ，3 m i n ，5 m i n ) 、反应温度( 9 0 0 ，9 5 0 ，1 0 0 0 ，1 0 5 0 。c ) 和v i i i 族比例( 1 0 0 0 、1 3 0 0 、1 8 0 0 ) 等生长条件， 在0 【a 1 2 0 3 ( 0 0 0 1 ) 衬底上生长g a n 薄膜。通过x 射线衍射表征的薄膜结构性 质，我们得出，缓冲层生长时间为5 m i n ，薄膜生长温度为1 0 5 0 ，v i l l 族比 为1 8 0 0 时，得到的g a n 薄膜结晶质量最好。较厚的缓冲层提供了与衬底取向 相同的成核中心，释放了g a n 和衬底之间的晶格失配产生的应力以及热膨胀系 数失配所产生的热应力，更有利于薄膜的生长。同时，v i i i 族比例越大，薄膜 的横纵向生长速率比越大，能够更好的横向生长出高质量的g a n 薄膜。 2 、采用m o c v d 方式，以纯度为9 9 9 9 9 9 的三甲基铝t m a a i ( c h 3 ) 3 做 铝源，纯度为9 9 9 9 9 9 的三甲基铟t m i n i n ( c h 3 ) 3 】做铟源，高纯n h 3 做氮化剂， 纯度为9 9 9 9 9 9 的氮气做载气，在蓝宝石( 0 0 0 1 ) 面衬底上生长不同i i i 族有机 山东大学硕十学位论文 源流量比( t m i n ( t m i n + t m a ) = 0 8 ，0 7 ，0 6 ，0 5 ) 和反应温度( 5 0 0 、 6 0 0 、7 0 0 。c ) 等一系列的高i n 组分a 1 1 x i n x n 薄膜。x r d 测量结果表明，生 长温度越高，薄膜晶格常数增大，薄膜的结晶质量越好，且薄膜生长的取向性 与温度有关。x p s 测量表明，随着温度的升高，i i l 含量减少。结合x p s 、x r d 和s e m 结果，i l l 含量减少，薄膜结晶质量变好，结晶晶粒变小。可能是i i l 能 够促进薄膜的生长，所以1 1 1 含量变少，结晶晶粒变小；而i n n 与蓝宝石衬底失 配度较大，所以结晶质量变差。 3 、利用m o c v d 方式，采用纯度为9 9 9 9 9 9 的三甲基铝t m a a l ( c h 3 ) 3 】作 为铝源，纯度为9 9 9 9 9 9 的三甲基铟t m i n i n ( c h 3 ) 3 】作为铟源，氮化剂是高 纯n h 3 ，载气是纯度为9 9 9 9 9 9 的氮气，在g a n ( 0 0 0 2 ) 面生长a 1 1 x l n x n g a n 异质结。通过改变氮化条件( 有、无氮化层) 、生长温度( 5 0 0 、6 0 0 、7 0 0 ) 、v i i i 族比例( 1 0 0 0 、1 5 0 0 、2 0 0 0 ) 、i i i 族有机源比例( 删( t m i i l + t m a ) = o 6 、0 7 、0 8 ) 等生长条件，生长了一系列异质结。结合x p s 结果，氮化能 够促进h l 的掺入。v i 族比例在1 0 0 0 - 2 0 0 0 之间变化时，v i i i 族比越小，h 1 的含量越大。h l 含量在一定范围内越多，越能够促进薄膜晶粒的生长。 关键词：金属有机化学气相沉积( m o c v d ) ；氮化镓薄膜( g a n ) ；铝铟 氮薄膜( a 1 1 。i n x n ) ：高h 1 ；异质结；应力 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，d e v i c e sb a s eo ng a nh a v ea t t r a c t e dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n g r e a tp r o g r e s sh a sm a d eo nt h er e s e a r c ho fa 1g a n g a nh e m t ，w h i l et h e p i e z o e l e c t r i ce f f e c tc a u s e db ys t r e s sl i m i t st h ep r o g r e s s c o m p a r e dw i t ha 1 g a n ，a ll x i n x nc a np e r f e c t l ym a t c hg a nf i l m sw h e nxt a k e s 0 17 t h e r e f o r e ，t h eh e t e r o j u n c t i o n sc a ne l i m i n a t et h es t r e s s e f f e c t a v o i dt h e p i e z o e l e c t r i cp o l a r i z a t i o na n dh a v ef e wi n t e r f a c ed e f e c t s ，h i g hc a r t i e rd e n s i t ya n d h i g hr e l i a b i l i t y m e a n w h i l e ，a i nh a sah i g hc u r i et e m p e r a t u r e ( 1 0 0 0 。c ) ，w h i c h p r e d i c t sa i i n n g a nh e t e r o j u n c t i o n sh a sah i g h e rt h e r m a ls t a b i l i t yt h a na i g a n g a n s oa l l n n g a nc a ni m p r o v et h es u r f a c ei n s t a b i l i t ya n dr e d u c et h ep o l a r i z a t i o nd i p o l e i n d u c e dc h a n n e l a l t h o u g hc o m p a r e dw i t ht h em a t u r es t u d yo fa 1 g a nm a t e r i a l s ，t h ea i i n n m a t e r i a l sh a v eb e t t e rc h a r a c t e r s ，i t sd i f f i c u l tt og r o wh i g h - q u a l i t ya i i n nf i l m sa n d t h e r ea lef e ws t u d i e so na i i n nm a t e r i a l s i n t h i s p a p e r , t h ea i i n n g a n h e t e r o j u n c t i o n sw e r ep r e p a r e dw i t hm o c v dm e t h o d ，a n dt h es t r u c t u r a l ，t h es u r f a c e m o r p h o l o g ya n d t h ec o m p o s i t i o no fh e t e r o j u n c t i o n sw e r er e s e a r c h e d t h em a j o rw o r ka n dr e s u l t sa l ea sf o l l o w s ： 1 g a nf i l m sw e r ef a b r i c a t e do ns a p p h i r e ( 0 0 01 ) w i t hm o c v d m e t h o d h i g h p u r i t yt r i m e t h y lg a l l i u mg a ( c h 3 ) 3 ( t m g a ) w a se m p l o y e da sg ao r g a n o m e t a l l i c ( o m ) s o u r c e ，n h 3a sn i t r i d i z i n ga g e n ta n dn 2a sc a r r i e rg a s t h eg r o w t ht e m p e r a t u r ew a s v a r i e df r o m9 0 0 。ct o10 5 0 c ，t h et i m eo fb u f f e rw a sv a r i e df r o m1m i nt o5m i n ，a n d t h en a is u p p l yr a t i ow a sf r o m10 0 0t o18 0 0 t h es t r u c t u r a lp r o p e r t i e so fs a m p l e s w e r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i lb yx - r a yd i f f r a c t i o n w h e nt h et i m eo fb u f f e ri s5 m i n ，t h e t e m p e r a t u r ei s10 5 0 * c ，t h en a 1s u p p l yr a t i oi s18 0 0 ，a n dw eg e tt h eb e s tc r y s t a l l i n e q u a l i t y at h i c kb u f f e rl a y e rp r o v i d e st h en u c l e a t i o nw i t ht h es a m eo r i e n t a t i o na s s u b s t r a t es ot h a tt h es t r e s sg e n e r a t e db yt h el a t t i c em i s m a t c hb e t w e e ng a n a n dt h e s u b s t r a t ei s r e l e a s e d m e a n w h i l e ，w i t hn a i s u p p l y r a t i o i n c r e a s i n g ，t h e h o r i z o n t a l v e r t i c a lg r o w t hr a t er a t i oi n c r e a s e s ，s ot h a tw ec a ng e tg a nf i l m sw i t h b e t t e rq u a l i t y i i i 山东大学硕+ 学位论文 2 a 1 1 x i n x nf i l m s 丽mh i g h - i nw e r ef a b r i c a t e do ns a p p h i r e ( 0 0 0 1 ) w i t h m o c v d m e t h o d h i g hp u r i t yt r i m e t h y la l u m i n u ma l ( c h 3 ) 3 ( t m a ) w a se m p l o y e d a u sa i o r g a n o m e t a l l i c ( o m ) s o u r c e ，t r i m e t h y l i n d i u m i n ( c h 3 ) 3 ( t m i n ) 勰i n o r g a n o m e t a l l i c ( o m ) s o u r c e n h 3a sn i t r i d i z i n ga g e n ta n dn 2 舔c a r t i e rg a s t h e g r o w t ht e m p e r a t u r ew a sv a r i e df r o m5 0 0 。ct o7 0 0 。ca n dt h ec o m p o s i t i o nxw a s v a r i e df r o m0 5t o0 8 t h es t r u c t u r a lp r o p e r t i e so fs a m p l e sw e r ei n v e s t i g a t e di n d e t a i lb yx r a yd i f f r a c t i o n w i t ht e m p e r a t u r ei n c r e a s i n g t h ec r y s t a l l i n eq u a l i t yg e t s b e t t e ra n dt h el a t t i c ec o n s t a n ti n c r e a s e s t h eo r i e n t a t i o no ft h ef i l md e p e n d so n t e m p e r a t u r e t h ec o m p o s i t i o no ff i l m s w a si n v e s t i g a t e di nd e t a i lb yx - r a y p h o t o e l e c t r o ns p e c t r o s c o p y t h ei nc o n t e n tw a sd e c r e a s e dw i t hg r o w t ht e m p e r a t u r e i n c r e a s i n g p e r h a p si nc a ni m p r o v et h eg r o w t ho ff i l m s ；t h e r e f o r ew i t l lc o m p o s i t i o n xd e c r e a s i n gt h eg r o w t hr a t eo ff i l m sw a sd e c r e a s e d 3 a l l 嘱i n x nf i l m s 谢t hh i g h - i nw e r ef a b r i c a t e do ng a n ( 0 0 0 2 ) 谢t l lm o c v d m e t h o d h i g hp u r i t yt r i m e t h y la l u m i n u ma i ( c h 3 ) 3 ( t m a ) w a se m p l o y e da sa 1 o r g a n o m e t a l l i c ( o m )s o l i c e ，t r i m e t h y l i n d i u m i n ( c h a ) 3 ( t m i n ) a si n o r g a n o m e t a l l i c ( o m ) s o u r c e ，n h 3a sn i t r i d i z i n ga g e n ta n dn 2 嬲c a r r i e rg a s t h e g r o w t ht e m p e r a t u r ew a sv a r i e df r o m5 0 0 。ct o7 0 0 ( 2 ，t h ec o m p o s i t i o nxw a sv a r i e d f r o m0 2t o0 4a n dt h en a 1s u p p l yr a t i ow a sf r o m10 0 0t o2 0 0 0 t h es t r u c t u r a l p r o p e r t i e s o fs a m p l e sw e r e i n v e s t i g a t e di n d e t a i lb yx - r a yd i f f r a c t i o n t h e c o m p o s i t i o no ff i l m sw a si n v e s t i g a t e di nd e t a i lb yx r a yp h o t o e l e c t r o ns p e c t r o s c o p y w i t ht h en a 1s u p p l yr a t i od e c r e a s i n g ，t h ei nc o n t e n ti n c r e a s e d p e r h a p si nc a n i m p r o v et h eg r o w t ho ff i l m s ；t h e r e f o r e 、v i t l lc o m p o s i t i o nxd e c r e a s i n gt h eg r o w t h r a t eo ff i l m sw a sd e c r e a s e d k e y w o r d s ：m e t a lo r g a nc h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o n ( m o c v d ) ，g a nf i l m s ， a l l - x i n x nf i l m s ，h i g h - i n ，h e t e r o j u n c t i o n s ，s t r e s s 山东大学硕士学位论文 鲁詈鼍! 詈暑曼皇m m 一_ m _ m 鼍葛 a l n g a n a l i n n m o c v d t m a t m g a t m i n x r d s e m x p s 0 d bh k l d h k l e v 九 0 【 v h v h 符号说明 氮化铝 氮化镓 铝铟氮三元合金 金属有机化学气相沉积 三甲基铝 三甲基镓 三甲基铟 x 射线衍射谱 扫描电镜 x 射线光电子衍射 衍射角 晶粒尺寸 衍射峰的半高宽 晶面( h k l ) 间距 电子伏特 波长 吸收系数 光子频率 光子能量 普朗克常数 v 山东大学硕： ：学位论文 i ii v i 山东大学硕士学位论文 1 1 半导体材料的发展 第一章引言 从二十世纪五十年代以硅( s i ) 材料为代表的第一代半导体材料的诞生，到以 锗( g e ) 和硅为代表的第一代半导体的普遍应用，再到以砷化镓( g a a s ) 和磷化铟 ( i n p ) 为代表的第二代半导体材料的出现。近年来，半导体行业发展飞速。二十 世纪九十年代开始，i i i v 族氮化物第三代半导体开始进入人们的视野，成为半 导体研究的热点之一，引起了越来越多的关注。他们具有宽的直接带隙、高击 穿电场、高热导率、高电子饱和速率及更高的抗辐射能力，更适合制备高温、 高频、抗辐射及大功率器件。此外，他们还具有发光效率高、频率高等特点， 在半导体光电器件中有很多应用，从高效紫外激光器( l d ) 到发光二极管 ( l e d ) ，到大功率高频电子器件，如高电子迁移率晶体管( h e m t ) 。【l 】【2 填中， g a n 具有更高的电子漂移饱和速度、更大的禁带宽度、更高的临界击穿电场和 热导率，且介电常数较小等特点。由于g a n 的高电子饱和速度和g a n 异质 结的高迁移率使得g a n 材料在微波、高温和高频应用方面具有显著的优势。 另外，g a n 的介电常数比s i 、g a a s 等常用材料都小，这使得产生的器件寄生 电容更小，而且g a n 的本征点缺陷形成能大，难以产生二次缺陷，从而使得 它更适合于抗辐射、耐高温、高频、微波、大功率器件。 3 1 1 4 1 此外，相对于其它 宽禁带半导体，g a n 材料拥有更成熟的生长工艺和器件制作工艺，因此g a n 基器件的研究受到了越来越广泛的关注。 1 2a l l n n g a n 异质结的研究进展 半导体异质结广泛地应用在半导体期间的设计和制备中，早在2 0 世纪六七 十年代，人们已经开始研究半导体异质结的物理特性。可组成异质结的材料很 广泛，在一定条件下，许多元素半导体、i i i v 族、i i 族、族化合物半 导体，甚至一些氧化物半导体，原则上都可以组成异质结对。目前大量的研究 工作集中在i i i v 族化合物以及他们的三元和四元固溶体上。【5 1 山东大誓：硕。 ：学位论文 近年来，a 1 g a n g a nh e m t 的研究有了突飞猛进的进展，但是由应力产 生的压电效应问题一直限制着a 1 g a n g a nh e m t 材料和器件的发展。一方面 高的舢组分对极化电荷密度的增加和载流子的限制有很好效果；另一方面当 a 1 组分超过3 0 时，由于a 1 g a n 的松弛效应，电子迁移率显著降低【6 】。同时， a 1 g a n g a nh e m t 在可靠性方面的突破，也一直受制于应力产生的压电效应。 相对于a i