高質(zhì)量氮化鋁晶體制備技術(shù)的分析.pdf

1、從半導(dǎo)體材料誕生至今，對于半導(dǎo)體器件的研究就從未停止過。現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到第三代半導(dǎo)體，為了配合實施《關(guān)于汞的水俁公約》，將全面限制含汞產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用。目前急需對汞源紫外線的替代產(chǎn)品的研究，所以第三代半導(dǎo)體AlN步入研究人員的視野并迅速成為紫外線設(shè)備的熱門材料。
　　本論文在較為全面的調(diào)查研究的基礎(chǔ)上總結(jié)了現(xiàn)有的AlN生產(chǎn)技術(shù)和深紫外激光器制作的難點，對深紫外激光器制作中高質(zhì)量AlN晶體襯底的生長進(jìn)行研究。并利用仿真軟件對AlN晶體

2、的生長進(jìn)行計算。
　　首先，對AlN晶體PVT方式生長的初步過程進(jìn)行計算。模型需要對現(xiàn)今制備中常用的Al極性AlN晶體(0001)表面進(jìn)行建模，討論在PVT生長過程中，AlN蒸汽在表面上方的擴(kuò)散以及表面結(jié)合。基于第一性原理的計算，建立了AlN晶體(0001)表面上單一空位缺陷造成的單原子凸起的生長模型，分別模擬了不同的凸起原子對AlN蒸汽中的不同組分的結(jié)合以及擴(kuò)散情況。并找到了AlN晶體生長中可能存在的最初生長過程。
　　隨

3、后，對宏觀的AlN晶體進(jìn)行討論。在AlN晶體生長過程中最重要的就是生長過程和降溫過程。首先對坩堝進(jìn)行了建模，獲得了可靠的溫度場數(shù)據(jù)。其次，在以該溫度場為前提的情況下對AlN晶體的降溫進(jìn)行模擬，獲取了AlN晶體的內(nèi)部溫度分布，可以獲得晶體內(nèi)部不同區(qū)域的溫度梯度。在這之后，對降低溫度梯度的方式進(jìn)行了仿真。逐漸形成了以SiC為過渡層的多層晶體生長結(jié)構(gòu)。對得到的AlN-SiC晶體生長結(jié)構(gòu)進(jìn)行溫度場的仿真，從整體的溫度分布和中心線溫度分布兩個方面

4、進(jìn)行了模擬，得到了不同參數(shù)條件下的溫度梯度，并以此為依據(jù)獲得了晶體內(nèi)部的應(yīng)力水平。這種多層晶體生長結(jié)構(gòu)有效的解決了AlN晶體在降溫過程中應(yīng)力水平過大的問題。
　　為了配合在宏觀AlN晶體中的研究，根據(jù)在降溫過程中設(shè)計的AlN-SiC多層結(jié)構(gòu)對現(xiàn)有的PVT生長設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。以尋求一個能在PVT的生長過程中完成多種材料多層結(jié)構(gòu)制備的設(shè)備。通過閱讀一些文獻(xiàn)，得出了采用生長條件控制的方式實現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)的生長。在新坩堝的結(jié)構(gòu)設(shè)計完成之后，