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职称
具体要求：
进度安排：
指导教师签字：
年月日
教研室意见：
教研室主任签字：
题目发出日期
设计（论文）起止时间
附注：
华东交通大学毕业设计（论文）开题报告书
课题名称
课题来源
课题类型
导师
学生姓名
学号
专业
开题报告内容：
方法及预期目的：
指导教师签名：
日期：
课题类型：
（1）A—工程设计；
B—技术开发；
C—软件工程；
D—理论研究；
（2）X—真实课题；
Y—模拟课题；
Z—虚拟课题
（1）、
（2）均要填，如AY、BX等。
华东交通大学毕业设计（论文）评阅书
（1）
指导教师评语：
得分
指导教师签字：
评阅人评语：
评阅人签字：
华东交通大学毕业设计（论文）评阅书
（2）
答辩小组评语：
等级
组长签字：
答辩委员会意见：
答辩委员会主任签字：
年月日（学院公章）
注：
答辩小组根据评阅人的评阅签署意见、初步评定成绩，交答辩委员会审定，盖学院公章。
“等级”用优、良、中、及、不及五级制（可按学院制定的毕业设计（论文）成绩评定办法评定最后成绩）。
华东交通大学毕业设计（论文）答辩记录
题目
答辩时间
答辩组成员（签字）：
答辩记录：
记录人（签字）：
答辩小组组长（签字）：
III-Ⅴ族氮化物及其高亮度蓝光
LED外延片的MOCVD生长和性质研究
专业：
学号：
学生姓名：
指导教师：
摘要
宽禁带III－Ⅴ族氮化物半导体材料在短波长高亮度发光器件、短波长激光器、光探测器以及高频和大功率电子器件等方面有着广泛的应用前景。
自1994年日本日亚化学工业公司率先在国际上突破了GaN基蓝光LED外延材料生长技术以来，美、日等国十余家公司相继报导掌握了这项关键技术，并分别实现了批量或小批量生产GaN基LED。
尽管如此，这项高技术仍处于高度保密状态，材料生长的关键思想及核心技术仍未公开，还无法从参考文献及专利公报中获取最重要的材料生长信息。
本论文就是在这种情况下立题的，旨在研究GaN基材料生长中的物理及化学问题，为生长可商品化的高亮度GaN基LED外延材料提供科学依据。
本文在自制常压MOCVD和英国进口MOCVD系统上对III－Ⅴ族氮化物的生长机理进行了研究，对材料的性能进行了表征。
通过设计并优化外延片多层结构，生长的蓝光LED外延片质量达到了目前国际上商品化的中高档水平。
并获得了如下有创新和有意义的研究结果：
1．首次提出了采用偏离化学计量比的缓冲层在大晶格失配的衬底上生长单晶膜的思想，并在GaN外延生长上得以实现。
采用这种缓冲层，显著改善了GaN外延膜的结晶性能，使GaN基蓝光LED器件整体性能大幅度提高，大大降低了GaN基蓝光LED的反向漏电流，降低了正向工作电压，提高了光输出功率。
…………
本文得到了国家863计划、国家自然科学基金以及教育部发光材料与器件工程研究中心项目的资助。
关键词：
氮化物；
MOCVD；
LED；
卢瑟福背散射沟道；
光致发光；
光透射谱
StudyonMOCVDgrowthandpropertiesofIII-Ⅴ
nitridesandhighbrightnessblueLEDwafers
Abstract
GaNbasedⅢ-ⅤnitrideshavepotentialapplicationsonhighbrightnessLEDs,shortwavelengthlasers,ultravioletdetectors,hightemperatureandhighpowerelectronicdevices.Studyonphysicsissuesandtechnologiesofnitridesopenanewareaof3thgenerationsemiconductor.
MorethantencompaniesinAmericaandJapanreportedtohavedevelopedthenitridesgrowthtechnologysinceNichiacompanyinJapanfirstrealizedthecommercializationofGaNbasedblueLEDin1994.
Inthisthesis,GaNanditsternaryweregrownbyahome-madeatmospherepressuremetalorganicchemicalvapordeposition（MOCVD）andThomasSwan6×
2”MOCVDsystems.HighbrightblueLEDwaferswereobtainedbyoptimizingthenitridesgrowthtechnologyandwaferstructure.Someencouragingresultsarefollowingas:
1.Wepresenttheideaofusingabufferlayerofdeviationfromstoichiometryformaterialsgrowthonlargelatticemismatchsubstrates.Thisideawasrealizedinnitridesgrowthinthisthesis.TheepilayercrystallinequalitywasimprovedandthedislocationdensitywasdecreasedbyusingGaNlowandhightemperaturebufferlayersofdeviationfromstoichiometry.TheRBS/channelingspectraexhibitedthattheminimumyieldχminofGaNlayerswasjustonly1.5%.TheleakelectriccurrentofGaNbasedLEDwasobviouslydecreasedandlowerthan1μAat5voltreversevoltagebyusingthisnewbuffertechnology.
Thisworkwassupportedby863programinChina.
Keyword:
Nitrides；
MOCVD；
LED；
Photoluminescence；
RBS/channeling；
Opticalabsorption
目录
摘要Ⅰ
AbstractⅡ
第一章GaN基半导体材料及器件进展（多数文章为“绪论”）1
1.1III族氮化物材料及其器件的进展与应用1
1.2III族氮化物的基本结构和性质4
1.3掺杂和杂质特性12
1.4氮化物材料的制备13
1.5氮化物器件19
1.6GaN基材料与其它材料的比较22
1.7本论文工作的内容与安排24
第二章氮化物MOCVD生长系统和生长工艺31
2.1MOCVD材料生长机理31
2.2本论文氮化物生长所用的MOCVD设备32
结论136
参考文献（References）138
致谢150
第一章GaN基半导体材料及器件进展
1.1III族氮化物材料及其器件的进展与应用
在科学技术的发展进程中，材料永远扮演着重要角色。
在与现代科技成就息息相关的千万种材料中，半导体材料的作用尤其如此。
以Si为代表的第一代半导体诞生于20世纪40年代末，它们促成了晶体管、集成电路和计算机的发明。
以GaAs为代表的第二代半导体诞生于20世纪60年代，它们成为制作光电子器件的基础。
III－Ⅴ族氮化物半导体材料及器件研究历时30余年，前20年进展缓慢，后10年发展迅猛。
由于III族氮化物特有的带隙范围，优良的光、电性质，优异的材料机械和化学性能，使得它在短波长光电子器件方面有着广泛的应用前景；
并且非常适合制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件。
III－Ⅴ族氮化物半导体材料已引起了国内外众多研究者的兴趣。
…………
1．2III族氮化物的基本结构和性质
表1-1用不同技术得到的带隙温度系数、Eg0、c和T0的值
样品类型
实验方法
带隙温度系数
dEg/dT（eV/K）
T=300K
Eg0（eV）
c（eV/K）
T0（K）
参考文献
GaN/Al2O3
光致发光
-5.3210-4
3.503
5.0810-4
-996
61
3.489
7.3210-4
700
59
-4.010-4
-7.210-4
600
62
光吸收
-4.510-4
~3.471
-9.310-4
772
63
加热电阻
―――□―――■■―――□――→气流
测温元件 测温元件
图1-1热风速计原理
第二章氮化物MOCVD生长系统和生长工艺
2.1MOCVD材料生长机理
转换控制
频率信号源
频率控制器
地址发生器
波形存储器
Ｄ／Ａ转换器
滤波器
频率设置
波形数据设置
图2-1DDS方式AWG的工作流程
[1]Well．Multiple-modulatorfraction-ndivider[P]．USPatent，5038117．1986-02-02
[2]BrianMiller．Amultiplemodulatorfractionldivider[J]．IEEETransactiononinstrumentationandMeasurement，1991，40
（2）：
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[3]万心平，张厥盛．集成锁相环路——原理、特性、应用[M]．北京：
人民邮电出版社，1990．302-307．
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航天部第二研究院，1997．
致谢
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