CdTe/Si复合衬底Ex-situ退火研究

复合衬底CdTe/ZnTe/Si的晶体质量是导致随后外延的HgCdTe外延膜高位错密度的主要原因之一,因此如何提高复合衬底CdTe/Si晶体质量是确保硅基碲镉汞走上工程化的关键所在。降低复合衬底CdTe/Si位错密度方法一般有:生长超晶格缓冲层、衬底偏向、In-situ退火和Ex-situ退火等,本文主要研究Ex-situ退火对复合衬底CdTe/Si晶体质量的影响。研究表明复合衬底经过Ex-situ退火后位错密度最好值达4.2×105cm-2,双晶半峰宽最好值达60arcsec。     

AlN外延薄膜的生长和特征

文章研究了AlN薄膜的晶体质量、表面形貌、应力等性质与AlN生长工艺的依赖关系。通过对低温成核厚度、成核温度和高温生长AlN所用Ⅴ／Ⅲ比的研究，制备出了具有较好晶体质量的AlN薄膜。高分辨三晶X射线衍射给出AlN薄膜的（002）和（105）的半高宽分别为16．9arcsec和615arcsec，接近国际上报道的较好结果。原子力显微镜对表面形貌的分析表明AlN薄膜的粗糙度为5．7nm。拉曼光谱表明E2（high）模向高能方向移动，说明蓝宝石上外延的AlN薄膜处于压应变状态。光学吸收谱在204nm处具有陡峭的带边吸收，也表明了AlN外乏正薄膜具有辅好妯晶体盾量。     

高温形核层对蓝宝石衬底AlN薄膜质量的影响

采用两步生长模式的金属有机化学气相沉积方法在蓝宝石衬底上外延生长AlN薄膜,通过高分辨X射线衍射和原子力显微镜分析方法,研究发现蓝宝石衬底上外延生长的AlN薄膜晶体质量与高温AlN形核层的形核密度及晶粒大小密切相关,而形核密度决定于高温AlN形核层的初始铝体积流量,晶粒的大小取决于其厚度。优化了高温AlN形核层的初始铝体积流量和厚度等工艺参数。当高温AlN形核层的初始铝体积流量为30 cm3/min、生长时间为9 min时,高温AlN形核层的形核密度和晶粒大小最优,外延生长的AlN薄膜位错密度最低,表面最平整,晶体质量最好。     

Mg掺杂的AlGaN的MOCVD生长

文章主要研究利用金属有机物化学汽相沉积（MOCVD）方法制备的Mg掺杂AlGaN薄膜。根据Raman光谱对Mg掺杂AlGaN薄膜应力和X射线摇摆曲线对晶体质量的研究表明引入高温AlN插入层能有效调节应力，并提高薄膜质量，降低位错密度。实验发现在保持Mg掺杂量不变的情况下，随着Al组分的上升，材料中出现大量岛状晶核，粗糙度变大，晶体质量下降，由三维生长向二维生长的转变更加困难。同时研究发现Al组分的上升和Mg掺杂量的增加都会使得螺位错密度上升；Mg的掺杂对于刃位错有显著影响，而Al组分的上升对刃位错无明显影响。经过退火温度对空穴浓度影响的研究，发现对于P型Al0.1Ga0.9N样品，900℃为比较理想的退火温度。     

6H-SiC衬底上采用不同厚度AlN缓冲层对GaN外延层的影响

采用不同厚度AlN作为缓冲层在6H-SiC衬底上生长了GaN外延层,并利用X射线衍射,拉曼散射和透射电子显微镜等对GaN性质进行了研究。AlN缓冲层的应变状态对GaN的晶体质量和表面形貌有很大影响。较厚的AlN缓冲层会导致GaN表面出现裂纹,而太薄的AlN缓冲层会导致GaN层较高的位错密度,从而恶化器件性能。分析了GaN产生裂纹和高位错密度的机制,并采用较优厚度（100nm）的AlN缓冲层生长出高质量的GaN外延层。     

Mg掺杂的AlGaN的MOCVD生长

文章主要研究利用金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)方法制备的Mg掺杂AlGaN薄膜.根据Raman光谱对Mg掺杂AlGaN薄膜应力和X射线摇摆曲线对晶体质量的研究表明引入高温AlN插入层能有效调节应力,并提高薄膜质量,降低位错密度.实验发现在保持Mg掺杂量不变的情况下,随着Al组分的上升,材料中出现大量岛状晶核,粗糙度变大,晶体质量下降,由三维生长向二维生长的转变更加困难.同时研究发现Al组分的上升和Mg掺杂量的增加都会使得螺位错密度上升;Mg的掺杂对于刃位错有显著影响,而Al组分的上升对刃位错无明显影响.经过退火温度对空穴浓度影响的研究,发现对于P型Al0.1Ga0.9N样品,900℃为比较理想的退火温度.     

Mg掺杂的AlGaN的MOCVD生长

文章主要研究利用金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)方法制备的Mg掺杂AlGaN薄膜。根据Raman光谱对Mg掺杂AlGaN薄膜应力和X射线摇摆曲线对晶体质量的研究表明引入高温AlN插入层能有效调节应力，并提高薄膜质量，降低位错密度。实验发现在保持Mg掺杂量不变的情况下，随着Al组分的上升，材料中出现大量岛状晶核，粗糙度变大，晶体质量下降，由三维生长向二维生长的转变更加困难。同时研究发现Al组分的上升和Mg掺杂量的增加都会使得螺位错密度上升;Mg的掺杂对于刃位错有显著影响，而Al组分的上升对刃位错无明显影响。经过退火温度对空穴浓度影响的研究，发现对于P型Al0.1Ga0.9N样品，900℃为比较理想的退火温度。     

Si衬底GaN外延材料六角形缺陷分析

通过改变AlN形核层的生长温度分别在Si(111)衬底上生长了两个GaN样品,并对GaN外延材料表面的六角形缺陷进行了分析研究。通过显微镜和扫描电镜(SEM)观测发现,AlN形核层在高温下生长时,GaN材料表面会产生大量六角形缺陷。通过电子能谱(EDS)分析得出GaN六角形缺陷中含有大量的Si元素以及少量的Ga和Al元素,其中Si元素从Si衬底中高温扩散而来。在降低AlN形核层的生长温度后,GaN材料表面的六角形缺陷随之消失。表明AlN形核层在较低的温度下生长时可以有效地抑制Si衬底表面Si原子的扩散,减少外延层中由于衬底Si反扩散引起的缺陷。     

AlN外延薄膜的生长和特征

文章研究了AlN薄膜的晶体质量、表面形貌、应力等性质与AlN生长工艺的依赖关系。通过对低温成核厚度、成核温度和高温生长AlN所用Ⅴ／Ⅲ比的研究，制备出了具有较好晶体质量的AlN薄膜。高分辨三晶X射线衍射给出AlN薄膜的(002)和(105)的半高宽分别为16．9arcsec和615arcsec，接近国际上报道的较好结果。原子力显微镜对表面形貌的分析表明AlN薄膜的粗糙度为5．7nm。拉曼光谱表明E2(high)模向高能方向移动，说明蓝宝石上外延的AlN薄膜处于压应变状态。光学吸收谱在204nm处具有陡峭的带边吸收，也表明了AlN外延薄膜具有较好地晶体质量。     

AlN外延薄膜的生长和特征

文章研究了AlN薄膜的晶体质量、表面形貌、应力等性质与AlN生长工艺的依赖关系.通过对低温成核厚度、成核温度和高温生长AlN所用Ⅴ/Ⅲ比的研究,制备出了具有较好晶体质量的AlN薄膜.高分辨三晶X射线衍射给出AlN薄膜的(002)和(105)的半高宽分别为16.9arcsec和615arcsec,接近国际上报道的较好结果.原子力显微镜对表面形貌的分析表明AlN薄膜的粗糙度为5.7nm.拉曼光谱表明E2(high)模向高能方向移动,说明蓝宝石上外延的AlN薄膜处于压应变状态.光学吸收谱在204nm处具有陡峭的带边吸收,也表明了AlN外延薄膜具有较好地晶体质量.     

物理气相传输法生长大尺寸AlN晶体及其性质表征

利用物理气相传输法生长了直径40～50 mm、厚约8～10 mm的AlN多晶锭,最大晶粒尺寸为5 mm.用喇曼散射和阴极荧光谱研究了AlN晶体的结晶质量、缺陷和结构特性.分析了不同温度下AlN晶体的导电特性,并确定在AlN晶体中存在一个激活能约为0.98eV的深能级缺陷.结合这些结果分析了PVT法生长条件对AlN体单晶生长和晶体质量的影响.     

物理气相传输法生长大尺寸AlN晶体及其性质表征

利用物理气相传输法生长了直径40～50 mm、厚约8～10 mm的AlN多晶锭,最大晶粒尺寸为5 mm.用喇曼散射和阴极荧光谱研究了AlN晶体的结晶质量、缺陷和结构特性.分析了不同温度下AlN晶体的导电特性,并确定在AlN晶体中存在一个激活能约为0.98eV的深能级缺陷.结合这些结果分析了PVT法生长条件对AlN体单晶生长和晶体质量的影响.     

GaAs衬底上InP的直接外延生长及性能表征

用低压金属有机物气相外延(LP-MOCVD)技术,采用低温缓冲层生长法,在GaAs(100)衬底上直接生长了高质量的InP外延层.1.2 μm InP(004)面X射线衍射(XRD) ω-2θ和ω扫描半高全宽(FWHM)分别为373 arcsec和455 arcsec,在外延层中插入10周期Ga0.1In0.9P/InP应变超晶格后,其半高全宽分别下降为338 arcsec和391 arcsec.透射电子显微镜(TEM)测试显示,应变超晶格有效地抑制了失配位错穿进外延层,表明晶体质量得到了较大提高.     

GaSb和InAs单晶衬底的晶格完整性

通过X线衍射分析和位错腐蚀,发现在GaSb(100)晶片的中心区域容易形成呈枝蔓状分布的高密度位错聚集区,这些位错引起严重的晶格畸变.通过分析晶体生长条件,证明生长过程中产生的大的温度过冷造成了晶体中心区域的枝蔓生长,产生大量位错.富As条件下生长的InAs单晶中产生大量与As过量有关的晶格缺陷,明显降低了晶体的完整性.     

GaSb和InAs单晶衬底的晶格完整性

通过X线衍射分析和位错腐蚀,发现在GaSb(100)晶片的中心区域容易形成呈枝蔓状分布的高密度位错聚集区,这些位错引起严重的晶格畸变.通过分析晶体生长条件,证明生长过程中产生的大的温度过冷造成了晶体中心区域的枝蔓生长,产生大量位错.富As条件下生长的InAs单晶中产生大量与As过量有关的晶格缺陷,明显降低了晶体的完整性.     

MBE－GaAs／Si材料晶体质量对少子扩散长度的影响

对于ＧａＡｓ／Ｓｉ材料由于晶格失配和热膨胀系数失配，外延时必然会出现大量的失配位错等缺陷进入外延层，为了更有效地消除或减弱由于以上二种失配所引入的失配位错等缺陷，本文采用高温快速热退火的方法，结合表面光伏（ＳＰＶ），微波光电导谱（ＭＰＣＳ），双晶衍射（ＤＣＲＤ）等测试手段在整个高温热退火区域寻求一个对具有一定ＧａＡｓ层厚度的ＧａＡｓ／Ｓｉ材料最佳热退火温度Ｔｏ，经此温度Ｔｏ快速热退火后，由ＳＰＶ，ＭＰＣＳ所测得的ＧａＡｓ外延层少子扩散长度Ｌｐ数值达最大，ＤＣＲＤ所测得双晶衍射半峰竞也明显变窄，各项指标均有     

PVT法同质籽晶AlN晶体生长

为了获得高质量AlN晶体,通过物理气相传输(PVT)法,采用AlN籽晶进行AlN晶体生长,并通过双温区加热装置对衬底与原料之间的温差进行调节。研究结果表明,籽晶形核阶段,随着AlN籽晶与原料顶温差的减小,AlN的形核机制呈现三种模式,分别为岛生长模式、畴生长模式和螺旋位错生长模式;晶体生长阶段,通过增加AlN籽晶与原料顶温差来提高晶体生长速率,采用10℃/h的变温速率将温差从10℃增加为30℃时,AlN晶体生长模式不变,仍然保持螺旋位错生长模式,该生长模式下获得的AlN晶体结晶质量最高,(0002)面摇摆曲线半峰宽(FWHM)约为55 arcsec。     

应用厚缓冲层实现蓝宝石上高质量AlN外延层的MOCVD生长

在蓝宝石衬底上采用由低温AlN成核层、中温AlN生长层、温度渐变AlN生长层和高温AlN生长层组成的厚三维生长缓冲层来实现AlN外延层位错密度的减少和应力的释放.用光学显微镜、原子力显微镜(AFM)及X射线衍射仪对样品进行了表征,结果表明所生长外延层表面无裂纹,并显示出清晰的阶梯流表面形貌,其平均粗糙度为0.160 nm,KOH腐蚀坑密度为5.8×108 cm-2,(0002)和(10-12)回摆曲线FWHM分别为210”和396”.详细论述了AlN外延层的生长模式、位错行为和应力释放途径.     

通过双中温AlN插入层提高半极性(1122)面AlN薄膜的表面形貌和晶体质量

利用金属有机化学气相沉积方法在蓝宝石衬底上生长了一系列具有双中温AlN插入层(MTG-AlN)的半极性AlN薄膜样品。中温生长的AlN插入层具有较大的表面粗糙度,形成了类似纳米级图形化衬底结构,能够有效阻断高温生长的半极性AlN样品中堆垛层错的传播,从而提高半极性AlN样品的表面形貌和晶体质量。通过原子力显微镜和X射线衍射仪的表征,研究了MTG-AlN插入层厚度在20～100 nm之间的变化对半极性AlN样品的表面形貌和晶体质量的影响。结果表明,所有半极性AlN样品都具有■取向。当插入的MTG-AlN中间层厚度约为80 nm时,半极性AlN样品表面粗糙度显著降低,晶体质量明显改善。     

碲镉汞晶体结构性质的电子显微术研究

采用扫描电子显微术对布里奇曼法、固态再结晶法和碲溶剂法生长的Ｈｇ１－ｘＣｄｘＴｅ晶体的结构性质进行了研究，结果表明位错和亚晶界是三种方法所得晶体的主要缺陷，而位错和亚晶界的形态与分布则取决于被研究面的结晶学取向。实验还观察到经过长期高温退火的晶体中单个位错成规则的点阵分布，或排列成位错墙。此外也观察到孪晶，多晶以及第二相等结构缺陷。