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博碩士論文 etd-0808110-224308 詳細資訊
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論文名稱 Title |
氫化物氣相磊晶法生長非極性氮化鎵於LiAlO2與LiGaO2基板之研究 Growth of free-standing non-polar GaN on LiAlO2 and LiGaO2 substrates by hydride vapor phase epitaxy |
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系所名稱 Department |
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畢業學年期 Year, semester |
語文別 Language |
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學位類別 Degree |
頁數 Number of pages |
84 |
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研究生 Author |
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指導教授 Advisor |
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召集委員 Convenor |
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口試委員 Advisory Committee |
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口試日期 Date of Exam |
2010-06-23 |
繳交日期 Date of Submission |
2010-08-08 |
關鍵字 Keywords |
氫化物氣相磊晶法、非極性氮化鎵 HVPE, nonpolar GaN |
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統計 Statistics |
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中文摘要 |
本文以氫化物氣相磊晶法(HVPE)生長非極性氮化鎵(GaN)於γ-LiAlO2與(010)LiGaO2¬基板，在反應爐中鎵金屬(Gallium) 與氨氣(NH3) 分別作為三族鎵源以及五族氮源，並且搭配氫氣、氮氣為反應過程中之載送氣體(carrier gas)，實驗方式為通入反應氣體氯化氫(HCl)與鎵金屬反應成氯化鎵(GaCl)，並在存有氫氣、氮氣形成氛圍氣體之下，有效地與氨氣(NH3) 反應形成氮化鎵(GaN)。研究之參數設定上，主要是針對反應壓力、溫度、NH3/HCl氣體之間Ⅴ/Ⅲ比例和生長時間…等。 GaN生長沉積反應在不同基板，因為晶格匹配理論影響下，GaN生長方向會有所異，非極性m-plane GaN [10-10] 方向性於γ-LiAlO2基板上沉積，另在非極性a-plane GaN[11-20] 方向性於LiGaO2¬ (010)基板上。進一步實驗，使用各種儀器進行量測，以SEM、OM、AFM來觀察其表面形貌；以XRD、TEM來得知晶格結構，並可瞭解基板與GaN膜間interface之晶體排列結構及方向，更進一步使用PL量測其光學性質。 |
Abstract |
Nonpolar free-standing GaN wafer were fabricated by using the hydride vapor phaseepitaxy(HVPE) technique on γ-LiAlO2 and (010) LiGaO2 substrates. Metallic gallium, NH3 and ultra-purity nitrogen were used as Ga and N sources. Nitrogen and hydrogen was used as the carrier gases. HCl diluted by nitrogen was designed to pass through near surface of liquid Ga to form GaCl fully. Efficaciously GaN deposition was realized by conducted steady NH3 and GaCl flows to the substrate suface, accommodated by additional hydrogen and nitrogen atmosphere flows. The influence of substrate temperature、pressure、time、and ratio of NH3/HCl (Ⅴ/Ⅲ) on film growth was investigated. Because of the of the lattice-matched theory, Nonpolar m-plane GaN [10-10] growth on the closely lattice-matched (100) γ-LiAlO2 substrat and a-plane GaN [11-20] will growth on the [010] LiGaO2 substrate. In addition, the surface morphologies were characterized by scanning electron microscopy、Optical Microscope and Atomic force microscopy. Structural properties of the GaN epilayers are investigated by X-ray diffraction and transmission electron microscopy. High resolution transmission electron microscopy shows the in-plane structure. Photoluminescence (PL) spectroscopy was used to study the optical properties. |
目次 Table of Contents |
目錄 摘要……………………………………………………Ⅰ Abstract………………………………………………..Ⅱ 目錄…………………………………………………….Ⅲ 圖目錄………………………………………………....Ⅵ 表目錄…………………………………………………Ⅸ 第一章 概論 1-1. 前言……………………………………………….1 第二章 文獻回顧………………………………………4 第三章 氫化物氣相磊晶儀介紹………………………6 3-1. 氫化物氣相磊晶儀（HVPE）…………………6 3-1-1. 反應腔體結構…………………………………6 3-1-2. 反應氣體管線分佈……………………………7 第四章 實驗原理..........................................................9 4-1. 基板種類介紹……………………………………9 4-1-1. 鋁酸鋰 (LAO)………………………………….10 4-1-2. 鎵酸鋰 (LGO)………………………………….12 4-2. HVPE生長GaN原理……………………………14 第五章 實驗方法步驟………………………………15 5-1. 實驗先前準備過程……………………………15 5-1-1. 實驗過程所需工具…………………………15 5-1-2. 基板準備工作………………………………16 5-1-3. HVPE儀器反應前清潔操作…………………17 5-2. HVPE儀器生長GaN操作流程…………………18 5-2-1. GaN生長於LiAlO2基板 ……………19 5-2-1-1. 具有緩衝層之GaN生長步驟……………19 5-2-1-2. 無緩衝層直接生長GaN步驟……………20 5-2-2. GaN生長於LiGaO2基板…………………21 5-3. LiAlO2與LiGaO2基板腐蝕………….………22 第六章 測量儀器介紹……………………………23 6-1. 穿透式電子顯微鏡 (TEM) 分析……………23 6-2. 光激發光譜儀（PL）………………………24 6-3. X光繞射分析儀 (XRD)………………………24 6-4. 場發射掃描式電子顯微鏡（FE-SEM）……25 6-5. 霍爾量測儀 (Hall measurement)…………26 第七章 實驗結果與討論…………………………27 7-1. HVPE儀器結構改裝………………………28 7-2. m-plane GaN生長於LiALO2基板…………31 7-2-1. CVD生長GaN buffer layer……………………43 7-2-2. m-plane GaN之光與電性量測…………………49 7-2-3. m-plane GaN之缺陷密度………………………52 7-2-4. m-plane GaN之TEM量測…………………….53 7-3. a-plane GaN生長於(010)-LiGaO2基板………56 7-3-1. a-plane GaN之光學性質量測………………….66 7-3-2. a-plane GaN之TEM量測……………………67 第八章 結論……………………………………………70 參考文獻………………………………………………72 |
參考文獻 References |
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