Ⅲ-V族氮化物GaN因其具有宽禁带半导体材料的典型优点而在光电器件、光探测器、新颖高性能微电子器件等领域得到广泛的应用,成为目前国际上半导体技术发展的热点。然而由于GaN材料性质特殊,高质量高性能GaN薄膜的获得存在困难,GaN的高效掺杂仍然不易实现,掺杂条件与GaN薄膜微结构及电学特性都有着较为复杂的关系,一些重要的相关物理现象和具体机理仍不是很明确,这在一定程度上阻碍了GaN材料应用的快速发展。因此,对GaN薄膜进行相关方面的进一步研究有其必要性和重要性。 本文首先在引言部分对GaN薄膜的应用背景、制备方法以及GaN薄膜微结构与电学特性关系的研究现状进行了评述。基于此,提出了本文的选题依据,即研究GaN薄膜微结构与电学特性关系是基于"GaN薄膜的重要应用背景和微结构对其电学特性的可能影响以及目前此方面相关研究的不足”。随后对目前常用的GaN薄膜研究方法进行了回顾与比较,由于X射线衍射的无损检测特性以及较准确全面的表征特性,选择了X射线衍射作为GaN薄膜表征的主要手段。 本文的重点是利用X射线衍射技术的多种测试方法对Mg原位掺杂p型GaN、Si离子注入n型GaN、高Al组分AlGaN的微结构进行了表征,并对薄膜内的应变、位错、杂质及损伤缺陷等因素对微结构的影响以及微结构与电学特性之间的关系做了细致的讨论。 在对Mg掺杂p型GaN的研究中发现,除热应力之外,Mg的激活行为及自补偿效应会直接影响到GaN薄膜中的外延应变。在对Si离子注入n型GaN的研究中发现,离子注入对GaN薄膜带来的损伤随注入剂量增大而趋复杂化,当注入剂量在1×1015cm-2到1×1016 cm-2之间(注入能量为100eV)时有损伤导致的无定形层在近表面区域产生,升高RTA温度对提升电学激活率及载流子迁移率有显著效果,但注入剂量与电学激活率的关系有待进一步确证。在对高Al组分AlGaN的研究中发现由于晶格匹配的关系A1N模板层比GaN模板层更有利于生长高质量的高Al组分AlGaN外延层。 这些研究结果进一步充实了GaN薄膜微结构与电学特性关系研究的内容。