【摘 要】
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GaN作为第三代半导体材料的代表,其宽带隙、热稳定及有着良好的物理化学性质的特点使其成为半导体工业的理想材料。GaN基器件在生产生活中有着广泛的应用,相关的科研工作也在持续开展,但大部分器件都是建立在异质外延的基础上进行的。异质外延会导致衬底同器件结构间产生晶格失配、热胀系数失配等一系列问题,进而影响器件性能的提升。采用同质外延技术在GaN单晶衬底上制备GaN基器件是实现高性能器件的根本方案。助熔
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GaN作为第三代半导体材料的代表,其宽带隙、热稳定及有着良好的物理化学性质的特点使其成为半导体工业的理想材料。GaN基器件在生产生活中有着广泛的应用,相关的科研工作也在持续开展,但大部分器件都是建立在异质外延的基础上进行的。异质外延会导致衬底同器件结构间产生晶格失配、热胀系数失配等一系列问题,进而影响器件性能的提升。采用同质外延技术在GaN单晶衬底上制备GaN基器件是实现高性能器件的根本方案。助熔剂法是制备GaN单晶衬底的一种重要方法,但目前由于自发成核困难、工艺复杂等原因,需要对其有进一步的研究。本论文首先研究了不同环境对熔质系统中GaN溶解度的影响问题。研究结果发现,升高反应温度、增大反应压力及增加熔质中的Na组分都会使熔质中N的溶解量升高,同时,除了N2以外的气体所产生的环境压力依然会造成熔质中N溶解度的上升。另外,本文发现了使用GaN基板会出现多晶化生长过早开始的现象,讨论了助熔剂法生长GaN的机理,在此确定了后续GaN生长的实验工艺。本论文其次讨论了Al N过渡层对助熔剂法中GaN的生长习性影响。本文在助熔剂法中首次利用Al N过渡层成功地生长出GaN单晶薄膜,并在c面蓝宝石衬底上制备了质量较高的样品,其X-ray摇摆曲线（002）面的半高宽达到了77.2 arcsec。研究结果表明,Al N过渡层的引入可以促进助熔剂法中蓝宝石衬底上GaN的形核与生长,同时,论文对比了不同晶面的蓝宝石衬底上Al N过渡层的作用,发现了类似的结论。论文最后,对助熔剂法生长GaN单晶的未来提出了展望。
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