论文部分内容阅读
金属有机化学气相沉积(MOCVD)是制备GaN基薄膜器件如蓝紫光LED最常采用的方法。MOCVD生长GaN过程常以Ga(CH3)3和NH3为反应前体。由于两种前体的自身特性，两者混合会发生反应，生成路易斯酸碱加合物(CH3)3Ga∶NH3，由此而引起一系列复杂的气相寄生反应。寄生反应产生的纳米颗粒不仅造成反应前体利用率的降低，而且导致薄膜的生长质量和生长速率下降。因此，研究MOCVD生长GaN的化学反应，有助于深入理解GaN的生长机理，寻求抑制寄生反应的方法。
对于MOCVD生长GaN的气相反应，已经证明存在两种平行的路径:(1)Ga(CH3)3的热解路径;(2)Ga(CH3)3和NH3的加合路径。对于在具体的反应器生长条件下，哪种反应路径为主导，目前仍存在很大争议。目前考虑的加合路径，仅考虑加合物(CH3)3Ga(∶)NH3脱去CH4，变为氨基物(CH3)2GaNH2的单分子反应，而忽略了加合物(CH3)3Ga(∶)NH3与NH3的双分子反应。本文在前人研究工作的基础上，利用数值模拟方法，研究加合物(CH3)3Ga(∶)NH3和NH3的双分子反应对MOCVD生长GaN气相反应路径的影响。特别以分隔进口的垂直高速转盘式MOCVD反应器为对象，对包括或不包括(CH3)3Ga(∶)NH3与NH3的双分子反应两种情况的反应器流场、温场、浓度场进行模拟，通过分析衬底表面附近反应物浓度的分布，研究上述反应对MOCVD生长GaN的气相反应路径的影响大小。模拟结果显示:当不包括双分子反应时，分隔进口的垂直高速转盘式MOCVD反应器生长GaN的过程由Ga(CH3)3的热解路径主导;在包括双分子反应后，GaN的生长过程则由加合路径主导。
表面反应是MOCVD生长过程中非常重要的步骤，它直接影响了薄膜的表面形貌、原子的排布方式，从而决定了薄膜生长的质量。本文归纳总结了前人关于原子层沉积(ALD)生长GaAs的研究，为研究GaN生长的表面反应提供借鉴。关于ALD生长GaAs的研究还存在争议，主要围绕Ga(CH3)3在表面吸附后形成何种物质，由此引出不同的生长机理。本文对前人研究的两种ALD吸附机理:吸附质阻挡机理和选择性吸附机理做了归纳总结。另外，本文还提出H自由基有可能会对Ga(CH3)3在表面吸附后形成的最终物质产生影响。