电特性，它是直接带隙结构，当吸收光子能量或者发射光子时，可以使得电子直接从价带跃迁到导带，同时它具有宽禁带机构，因而比硅材料具有更高的发光效率。所以它可以用来制作发光二极管以及光探测器，甚至还可以制备半导体激光器，被广泛应用在卫星通讯和光通信等。年以后，些科学家在开发种新型的半导体材料磷化铟，与砷化镓相比，具有更高的击穿电场，电子平均速度，电子极限漂移速度，以及更好的耐辐射性和导热性。因而可以制作更高频率或更短波长的卫星信号接收机和放大器，并且受外界干扰小，稳定性高，推动了卫星通信业不断向更高频段发展。目前，光通信器件大多采用以磷化铟基底材料，制备数码率很高，以及单色性更好的半导体激光器，探测器和接受放大器，被广泛应用到光网络，推动着移动互联网向更高带宽和更高速度发展。虽然第二代半导体材料促进了整个移动通信和光纤通信的长足发展，但是由于受到物理性质的限制，第二代半导体材料制作的器件在高温高频，以及高辐射环境下，性能受到了很大的制约，甚至完全不能满足要求。而且受禁带宽度的制约，相应的发射光最多只能达到红光波段，最多只能制备红光和红光激光器。从上表中可以发现，以为代表的第三代半导体材料在各方面性质都比第二代半导体材料优异。首先它的禁带宽度要比后者大很多，我们知道禁带宽度越大，发射光的波长就越短，的发射光达到蓝光波段甚至紫外波段。这种蓝光特性从开始就吸引了半导体研究人员的极大兴趣。整个半导体材料的兴起就是以美国教授制作了第个材料的发光二极管为起点，以年日本公司制备第个材料的蓝光激光器为标志。除了光学应用外，第三代半导体在高频性能方面也比前两代优秀很多。从上表中可以发现的电子迁移率和饱和速率都比前两者要好，电子迁移率反映的是材料在低压条件下的高频性能，饱和速率反映的是材料在高压条件下的高频性能，该系统可以用于吋或者吋片衬底材料的生长。生长研究表明，本设备已经可以自主成核并进行厚膜材料的生长。模拟并研究了这种具有特殊气体输入结构的立式生长系统，对喷口分离的距离衬底旋转等摘要第章绪论引言衬底材料与器件的应用前景衬底材料制备方法体单晶制备方法薄膜异质外延方法制备厚膜衬底采用生长自支撑衬底测试表征方法扫描电子显微镜光致发光谱射线衍射拉曼散射光谱原子力显微镜本文的主要内容第二章光化学和光电化学腐蚀与剥离引言型光化学和光电化学腐蚀实验型光化学和光电化学腐蚀实验结果与讨论型光化学和光电化学腐蚀的形貌分析型电化学和光电化学腐蚀制备多孔结构多孔结构的表征制备可剥离孔洞结构的自支撑衬底模板本章小结第三章化学机械抛光引言化学机械抛光原理和实验化学机械抛光原理化学机械抛光实验实验结果与讨论本章小结第四章六片立式生长研究引言新型立式的简介实验结果与讨论沉积速率和沉积均匀性的研究生成晶体质量和厚度均匀性研究本章小结第五章结论与展望结论展望参考文献摘要目前，以为代表ⅢⅤ族宽禁带半导体材料由于其优良的物理和化学特性成为当前半导体领域内的研究热点。虽然性质优异，但直饱受缺少相匹配的衬底材料的制约以及位错密度大等问题的制约，发展不快。目前，主要有三种方向来制备衬底材料体单晶制备方法，异质外延技术，使用等方法制备厚膜衬底。生长技术由于具有生长速度快最高生长速度可以达到和生长均匀等特点，可以很容易的制得大面的厚膜，并且技术还具有设备简单，成本低，所以已经成为制备厚膜的主流技术，并且这些厚膜还可以作为进步生长的自支撑衬底。本文围绕获得大尺寸，高质量衬底材料的目标进行了相关的研究。首先研究了型电化学腐蚀在不同硅掺杂浓度，不同外加偏压下的选择性刻蚀特性以及使用紫外光辅助电化学腐蚀对上述结果法可以使用进步的外延生长厚膜可以获得大尺寸的自剥离衬底。研究如何利用和改善化学机械抛光工艺得到表面精度高，平整度高的和蓝宝石晶片表面。然后再研究在整个减薄，抛光的过程中，样品的厚度均匀性的变化情况，为了减小自支撑样品在整个化学机械抛光过程中厚度的非均匀性，我们利用蓝宝石在抛光过程中的稳定性，设计了利用蓝宝石作为辅片的方法，这样的抛光过程会由蓝宝石材料的去除速度决定，从而避免了样品在抛光过程中出现较明显的厚度差。最后在此基础，对生长的厚膜进行化学机械抛光表面精度高的衬底材料。抛光后的样品表面虽有定的纹路，但没有明显的划痕和划伤等缺陷，样品整体晶体表面质量较好。表面粗糙度均在在合理的范围之内，能够满足目前绝大部分材料生长和器件制备的要求。使用我们设计的非对称氨源和镓源输入结构的立式生长系统进行生长。验证了以前模拟仿真的结果，在定的条件下，当进气口和进气口之间的距离为时，可以获得理想的表面，粗糙度低于，衬底材料的位错密度低于，面半高宽约，非对称面面半高宽约为。我们还进行了多片样品同时生长的均匀性研究，通过厚度测试结果表明，采用三片片生长，厚度不均匀性均低于。厚度为时，片间厚度偏差约为厚度为时，片间厚度偏差约为。证明该多片设备具有较好的气流分布，生长的样品厚度均匀。第章绪论引言我们知道整个微电子产业的发展伴随着半导体材料的发展。以硅和锗为代表的第代半导体材料构成了世纪整个电子行业的基础。目前，许多半导体器件和各种规模的集成电路还是主要以硅晶体材料为基础而制备的。而集成电路的发展直接支持着了整个计算机，通信和整个信息产业的快速发展。以光线通信为基础的互联网的兴起，以砷化镓，磷化铟为代表的第二代半导体材料开始崭露出巨大的优越性。第二代半导体性能优良，适合制作大功率，高速，高频器件和光电子器件，同时适合制作半导体激光器，而激光器是整个光纤及移动通信系统中的重要组成器件。第二代半导体材料具有影响。在此基础上，研究如何利用电化学腐蚀和光电化学腐蚀制备多孔结构并利用该结构再外延生长薄膜，进行自支撑衬底分离的相关研究。同时还进行了生长系统优化，借鉴前期卧式系统的研究结果和经验，设计研制完成了大尺寸衬底材料生长的，可以用于吋或者吋片衬底材料的生长。最后研究了如何利用和改善化学机械抛光工艺得到表面精度高，平整度高的和蓝宝石晶片表面。主要的研究内容和结论如下研究了型电化学腐蚀的选择性腐蚀特性，发现对相同硅掺杂浓度的型，在定的外加偏压条件下会出现均匀的孔洞结构随着外加偏压的升高，孔尺寸越大，孔密度越大，当电压过大时，会出现过腐蚀，孔状结构消失。还发现在相同外加偏压条件下，不同硅掺杂浓度的型会形成不同孔洞率和孔密度结构，随着掺杂浓度的增加，孔洞率和孔密度都会增加。研究了光电化学腐蚀，发现光电化学腐蚀在相同条件可以加剧原来型的腐蚀。当从样品背面照射紫外光线时，光电化学腐蚀还会对蓝宝石与层的交界处的未掺杂的进行腐蚀，形成大面积的孔洞结构。利用上述电化学和光电化学腐蚀的特性，我们制作了均匀掺杂和两层不同掺杂浓度的样品，并对样品进行电化学腐蚀和光电化学腐蚀，得到多种形貌的多孔状模板。对这些多孔状模板进行谱表征，发现本征峰发光强度会增加，黄光带的发光强度也增加。对腐蚀前后的进行拉曼图谱测试研究样品的结构和应力情况，发现样品的峰位相对红移了，表明释放了部分压应力。经过计算可知释放的应力大小为。腐蚀前后的射线摇摆曲线的半高宽没发生明显变化，说明腐蚀不会对样品晶体质量产生明显影响。利用上面制备的多种形貌的多孔状模板，使用在这些模板上外延生长了后的外延薄膜。由于外延生长下的高温条件以及表面能最小化的驱动使得腐蚀完的样品在外延生长过程中形态发生了明显变化。原来的树枝状的孔洞结构相互融合形成大的洞穴结构，部分样品比如双层样品以及加了光电化学腐蚀的样品出现了中空结构。最终使用外力部分剥离上层的外延层。我们相信使用该倾斜分布或者扭转分布，从而得到晶体的倾斜角和旋转角，进而可以表征样品的晶体质量。拉曼散射光谱拉曼光谱是种常用的测量晶体结构和质量的测试方法。它对样品的晶体结构，样品内部的应力变化以及声子和电子之间的相互作用都非常敏感，通常用来表征半导体材料的晶体质量以及计算材料内残余应力。拉曼散射也即拉曼效应，指的是光照射到物质，发生散射，被散射的光的频率发生变化的现象。当光照射到物质时会发生散射，在散射的光中有与照射光波长相同的成分，这种弹性成分称为瑞利散射同时还存在比照射光的波长长的和短的成分，这两种非弹性的成分统称为拉曼散射。瑞利散射和拉曼散射形成的光谱称为拉曼光谱。拉曼散射发生的原因主要为当光照射到材料时，入射光子与介质分子相互作用。引起介质分子的极化，这种极化可以看作为种虚的吸收，即使得电子跃迁到虚态，之后位于虚能级上的电子又立即跃迁会低能级而发光。其中光的频率与入射光频率不同的谱线被称为拉曼谱线，其中把频率小于入射光频率的谱线称为斯托克斯线，而把频率大于入射光频率的谱线称为反斯托克斯线。拉曼光谱的峰位通常只与晶体的分子结构，分子振动转动能级有光，因而我们可以根据拉曼光谱判断晶体是何种结构。以纤锌矿结构的晶体为例，空间群为。根据晶格振动理论可知，它存在个声学声子模式和个光学声子模式。根据群论计算分析可知，其中的和模式是拉曼活性和红外活性，模式拉曼活性，模式为拉曼和红外非活性。根据选择定则，不同的几何配置，这些拉曼模式的可见性也是不同的。其中最常用的为，背散射几何配置，其中最左边代表入射光方向，最右边代表散射光方向，括号中第个代表入射光的偏振方向，第二个字母代表散射光偏振方向。在背散射配置下，只有和模式是可见的。下表给出了体材料的各个拉曼模式对应的拉曼峰移。在拉曼光谱中的频移与晶体应力大小有关，可以用来表征应力。各个拉曼模式对应的拉曼峰移拉曼峰移原子力显微镜原子力显微镜有设备简单，成本低，所以已经成为制备厚膜的主流技术，并且这些厚膜还可以作为进步生长的自支撑衬底。本文围绕获得大尺寸，高质量衬底材料的目标进行了相关的研究。首先研究了型电化学腐蚀在不同硅掺杂浓度，不同