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Ⅲ族氮化物材料有着优良性能,其制备的器件用途广泛,在照明领域、通信领域、激光探测领域都有其身影。Ⅲ族氮化物材料不能像Si一样采用拉制单晶的方法制备,而获得高质量和低缺陷的薄膜材料是器件应用的基础,所以近年来对低缺陷Ⅲ族氮化物材料的外延生长有很多的研究。为了减少缺陷位错密度,研究人员采用了一些有效的生长方法:横向外延生长法、图形化衬底外延生长法等,但这些方法采用的大多是微米级别的图形,在微米图形化上外延生长需要的生长温度较高,图形化合并的厚度较厚,这对很多Ⅲ族氮化物材料尤其对AlN材料是很难实现的。在纳米图形化上外延生长则可以很好的弥补上述缺点。而纳米图形化上外延生长Ⅲ族氮化物材料的研究还处于较浅显的阶段,特别是内部机理的分析领域几乎还是空白。为了找到更好的制备Ⅲ族氮化物材料外延生长的方法,本文选择纳米图形化作为研究重点,引入新的外延生长法:在纳米图形化上外延低缺陷的Ⅲ族氮化物材料。本文主要使用两种方法:纳米球掩膜法制备纳米图形化,并实现GaN的外延生长;电子束曝光法制备纳米图形化,并实现AlN的外延生长。主要研究内容和成果如下:1)单层纳米球的涂布研究。通过氧等离子体处理提高GaN基片的亲水性。加入SDS表面活性剂,使得纳米球在气液自组织界面的排布更紧密均匀,由此来提拉得到更均匀紧密的单层自组装纳米球薄膜。2)不同直径二氧化硅纳米球掩膜刻蚀的纳米图形化上GaN的外延生长的研究。首先,在GaN的外延片上依次制造直径300nm、400nm、500nm的自组装单层二氧化硅纳米球。其次,设置3000?的理论刻蚀深度。最后,进行外延过生长。实验结果表明,相比平面蓝宝石衬底上外延生长的GaN,纳米图形化上外延生长的GaN的(102)、(002)面的半高宽均下降。三种尺寸的纳米球中,直径为500nm的纳米球作为掩膜时,GaN(002)面半高宽从270arcsec下降到248arcsec,(102)面半高宽从390arcsec下降到236arcsec。3)电子束光刻法制备纳米图形的研究。研究电子束光刻的工艺流程包括光刻掩膜版的设计、纳米图形的设计、电子束光刻的实现工艺、ICP刻蚀等,最终得到设计的纳米图形。4)阵列式圆孔状纳米图形化上AlN的外延生长的研究。首先,设计理论直径为300nm周期600nm的圆形阵列式图形。其次,根据工艺流程制备纳米图形。最后,在制备的纳米图形化的AlN上继续外延生长AlN。实验结果表明,纳米图形化上AlN的外延生长温度为1050℃,远低于文献中采用的1300℃的生长温度。XRD测试结果表明,纳米图形化上外延的AlN的(102)面半高宽从890arcsec降低到470arcsec,而(002)面的半高宽相对增大,在AlN晶体中刃型位错占据的比例更大,而刃型位错和(102)面的半高宽有关,因此纳米图形化上AlN的外延生长的整体位错密度是降低的。5)实验结果得出三种缺陷减少机制:纳米尺度图形化模式下的横向外延生长;位错弯曲诱导终止于局部介质界面;残留的纳米气孔提供了一种附加的位错减少机制。