射频溅射ZnO作缓冲层的HVPE法生长GaN厚膜

在低温HVPE-GaN/c-Al2O3模板上射频溅射ZnO作为缓冲层,采用氢化物气相外延(HVPE,hydridevapoarphaseepitaxy)法外延生长了高质量的GaN320μm厚膜。用高分辨率双晶X射线衍射仪(DCXRD)、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)分析了制备的GaN厚膜特性。结果表明,GaN(0002)面的X射线摇摆曲线衍射峰半高宽(FWHM)为336.15arcsec,穿透位错密度(TDD)为107cm-2,外延生长的GaN厚膜晶体质量较好,可以作为自支撑GaN衬底。     

预辅Al及AlN缓冲层厚度对GaN/Si(111)材料特性的影响

主要研究了采用高温AlN缓冲层外延生长GaN/Si(111)材料的工艺技术。利用高分辨X射线双晶衍射(HRXRD)分析研究了GaN/Si(111)样品外延层的应变状态和晶体质量,通过原子力显微镜(AFM)分析研究了不同厚度的高温AlN缓冲层对GaN外延层的表面形貌的影响。实验结果表明,AlN缓冲层生长前预通三甲基铝(TMAl)的时间、AlN缓冲层的厚度对GaN外延层的应变状态、外延层的晶体质量以及表面形貌都有显著影响。得到最优的预辅Al时间为10s,AlN缓冲层的厚度为40nm。在此条件下外延生长的GaN样品(厚度约为1μm)表面形貌较好,X射线衍射(XRD)双晶摇摆曲线半峰全宽(FWHM)(0002)面和(10-12)面分别为452″和722″。     

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。     

引入GaN过渡层对Si（111）衬底上生长GaN外延的影响

本文研究了在Si(111)衬底上生长GaN外延层的方法。相比于直接在AlN缓冲层上生长GaN外延层,引入GaN过渡层显著地提高了外延层的晶体质量并降低了外延层的裂纹密度。使用X射线双晶衍射仪、光学显微镜以及在位监测曲线分析了GaN过渡层对外延层的晶体质量以及裂纹密度的影响。实验发现,直接在AlN缓冲层上生长外延层,晶体质量较差, X射线(0002)面半高宽最优值为0.686°,引入GaN过渡层后,通过调整生长条件,控制岛的长大与合并的过程,从而控制三维生长到二维生长过渡的过程,外延层的晶体质量明显提高, (0002)面半高宽降低为0.206°,并且裂纹明显减少。研究结果证明,通过生长合适厚度的GaN过渡层,可以得到高质量、无裂纹的GaN外延层。     

ScAlN缓冲层厚度对Si(100)衬底上GaN外延层的影响

采用脉冲直流磁控溅射方法在Si(100)衬底上制备了ScAlN薄膜。以溅射的ScAlN作为缓冲层,在Si(100)衬底上用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术外延了GaN薄膜。使用高分辨X射线衍射、原子力显微镜和拉曼光谱研究了ScAlN缓冲层的厚度对ScAlN缓冲层和GaN外延层的影响。研究结果表明,ScAlN缓冲层的厚度是影响GaN薄膜晶体质量的重要因素。随着ScAlN厚度的增加,ScAlN的(002)面X射线衍射摇摆曲线半高宽持续减小,GaN的(002)面X射线衍射摇摆曲线半高宽先减小后增大。当ScAlN缓冲层厚度为500nm时,得到的GaN晶体质量最好,其中GaN(002)面的X射线衍射摇摆曲线半高宽为0.38°,由拉曼光谱计算得到的张应力为398.38MPa。     

SiC衬底AlN缓冲层的应变对GaN外延层质量的影响

在3英寸(1英寸=2.54 cm)SiC衬底上采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法生长GaN外延材料。研究了AlN缓冲层的应变状态对GaN外延层应变状态和质量的影响。使用原子力显微镜和高分辨率X射线双晶衍射仪观察样品表面形貌,表征外延材料质量的变化,使用高分辨喇曼光谱仪观察外延材料应力的变化,提出了基于外延生长的应变变化模型。实验表明,GaN外延层的张应变随着AlN缓冲层应变状态的由压变张逐渐减小,随着GaN张应力的逐渐减小,GaN位错密度也大大减少,表面形貌也逐渐变好。     

AlN缓冲层厚度对脉冲激光沉积技术生长的GaN薄膜性能的影响

在蓝宝石(Al2O3)衬底上应用脉冲激光沉积技术(PLD)生长不同厚度的AlN缓冲层后进行GaN薄膜外延生长。采用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)和扫描电子显微镜(SEM)对外延生长所得GaN薄膜的晶体质量和表面形貌进行了表征。测试结果表明: 相比直接在Al2O3衬底上生长的GaN薄膜, 通过生长AlN缓冲层的GaN薄膜虽然晶体质量较差, 但表面较平整; 而且随着AlN缓冲层厚度的增加, GaN薄膜的晶体质量和表面平整度均逐渐提高。可见, AlN缓冲层厚度对在Al2O3衬底上外延生长GaN薄膜的晶体质量和表面形貌有着重要的影响。     

AlN缓冲层厚度对脉冲激光沉积技术生长的GaN薄膜性能的影响

在蓝宝石(Al2O3)衬底上应用脉冲激光沉积技术(PLD)生长不同厚度的AlN缓冲层后进行GaN薄膜外延生长。采用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)和扫描电子显微镜(SEM)对外延生长所得GaN薄膜的晶体质量和表面形貌进行了表征。测试结果表明:相比直接在Al2O3衬底上生长的GaN薄膜,通过生长AlN缓冲层的GaN薄膜虽然晶体质量较差,但表面较平整;而且随着AlN缓冲层厚度的增加,GaN薄膜的晶体质量和表面平整度均逐渐提高。可见,AlN缓冲层厚度对在Al2O3衬底上外延生长GaN薄膜的晶体质量和表面形貌有着重要的影响。     

不同插入层对抑制Mg掺杂p-GaN的记忆效应

研究了低温(LT) GaN和AlN不同插入层对抑制Mg掺杂p-GaN金属有机化学气相沉积外延中存在的记忆效应的影响,外延生长p-GaN缓冲层,制作具有该缓冲层的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT),并对该器件进行电学测试.二次离子质谱仪测试表明p-GaN上10 nm厚的LT-GaN插入层相比于2 nm厚的AlN插入层能更好地抑制Mg扩散.霍尔测试表明,2 nm厚的AlN插入层的引入和GaN存在较大的晶格失配会引入位错,进而会降低AlGaN/GaNHEMT的电子迁移率以及增加其方块电阻;含有10 nm厚的LT-GaN插入层的p-GaN作为缓冲层的AlGaN/GaN HEMT,其方块电阻、电子迁移率以及二维电子气(2DEG)密度分别为334.9 Ω/口,1 923 cm2/(V·s)和9.68×1012 cm-2.器件具有很好的直流特性,其饱和电流为470 mA/mm,峰值跨导为57.7 mS/mm,电流开关比为3.13×109.     

AlGaN缓冲层结构对Si基GaN材料性能的影响

Si衬底与GaN之间较大的晶格失配和热失配引起的张应力使GaN外延层极易产生裂纹,如何补偿GaN所受到的张应力是进行Si基GaN外延生长面临的首要问题.采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)技术在4英寸(1英寸=2.54 cm)Si (111)衬底上制备了GaN外延材料并研究了不同AlGaN缓冲层结构对Si基GaN外延材料性能的影响,并采用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)、原子力显微镜(AFM)、喇曼光谱以及光学显微镜对制备的GaN材料的性能进行了表征.采用3层A1GaN缓冲层结构制备了表面光亮、无裂纹的GaN外延材料,其(002)晶面半高宽为428 arcsec,表面粗糙度为0.194 nm.结果表明,采用3层A1GaN缓冲层结构可以有效地降低GaN材料的张应力和位错密度,进而遏制表面裂纹的出现,提高晶体质量.     

利用混合极性制备多孔缓冲层及其在GaN厚膜外延中的应用

使用分子束外延(MBE)技术在(0001)面蓝宝石衬底上生长混合极性的氮化镓(GaN)薄膜,利用不同极性面的GaN薄膜在强碱溶液中腐蚀特性的差异,混和极性样品经腐蚀处理后,得到了一层具有多孔结构的GaN层.以多孔结构的GaN作为缓冲层,用卤化物气相外延(HVPE)方法生长GaN厚膜.X射线双晶衍射和光致发光等测试结果表明,多孔结构的GaN缓冲层可以有效地释放GaN厚膜和衬底之间因热膨胀系数失配产生的应力,使GaN厚膜晶体的质量得到很大提高.     

利用混合极性制备多孔缓冲层及其在GaN厚膜外延中的应用

使用分子束外延(MBE)技术在(0001)面蓝宝石衬底上生长混合极性的氮化镓(GaN)薄膜,利用不同极性面的GaN薄膜在强碱溶液中腐蚀特性的差异,混和极性样品经腐蚀处理后,得到了一层具有多孔结构的GaN层.以多孔结构的GaN作为缓冲层,用卤化物气相外延(HVPE)方法生长GaN厚膜.X射线双晶衍射和光致发光等测试结果表明,多孔结构的GaN缓冲层可以有效地释放GaN厚膜和衬底之间因热膨胀系数失配产生的应力,使GaN厚膜晶体的质量得到很大提高.     

改善玻璃衬底上ZnO薄膜特性的方法

利用磁控溅射法在玻璃衬底上淀积铝掺杂氧化锌(AZO)薄膜作为缓冲层,在其上制备了ZnO薄膜。重点研究了AZO薄膜作为缓冲层对玻璃衬底上ZnO薄膜特性的影响。扫描电子显微镜(SEM)图像和X射线衍射(XRD)图谱分析结果表明,玻璃衬底上加入厚度为1μm的AZO缓冲层后,提高了衬底材料和ZnO薄膜之间的晶格匹配程度,有助于增大ZnO薄膜晶粒尺寸,提高其(002)取向择优生长特性、薄膜结晶特性及晶格结构完整性。室温下的透射光谱结果表明玻璃/AZO和玻璃衬底上ZnO薄膜的透光特性没有显著不同。光致发光(PL)谱研究结果表明AZO缓冲层可以有效阻止衬底表面硅原子从ZnO薄膜中"俘获"氧原子,减少ZnO薄膜中的缺陷,改善ZnO薄膜的结晶质量。     

Ti掩膜图形层对外延生长GaN薄膜晶体质量的影响

采用氢化物气相外延(HVPE)方法在2英寸(1英寸=2.54 cm)c面蓝宝石衬底上外延生长了高质量GaN单晶薄膜.在GaN生长过程中引入点状和条状两种金属Ti掩膜图形层,研究了不同Ti掩膜图形层对外延生长GaN薄膜晶体质量的影响.使用微分干涉相差显微镜(DICM)、扫描电子显微镜(SEM)、阴极荧光光谱(CL)、喇曼光谱和X射线衍射(XRD)对制备的GaN样品结构和形貌进行了表征分析.实验结果表明,Ti掩膜图形层的引入可以在一定程度上改善GaN薄膜的表面形貌,缓解材料中的应力,降低GaN材料中的位错密度,提高材料的结晶质量.同时发现,相比于点状图形,条状Ti图形掩膜层可以更加有效地改善GaN材料的晶体质量,将位错密度降低到3.2×106 cm-2以下.     

ZnAl2O4缓冲层对ZnO外延层晶体质量的影响

首次报道了通过引入ZnAl2O4缓冲层,以金属源化学气相外延法(MVPE)生长的ZnO晶体质量明显提高.ZnAl2O4缓冲层是通过对溶胶-凝胶法制备的ZnO薄膜进行高温退火而得到的.用双晶X射线衍射仪(DCXRD)对样品进行了θ-2θ和摇摆曲线测量,在ZnAl2O4缓冲层上生长的ZnO厚膜具有高度的择优取向性和良好的晶体质量(摇摆曲线半高宽为342").用电子扫描显微镜(SEM)观察样品横截面,并测得样品厚度约为10μm.     

ZnAl2O4缓冲层对ZnO外延层晶体质量的影响

首次报道了通过引入ZnAl2O4缓冲层,以金属源化学气相外延法(MVPE)生长的ZnO晶体质量明显提高.ZnAl2O4缓冲层是通过对溶胶-凝胶法制备的ZnO薄膜进行高温退火而得到的.用双晶X射线衍射仪(DCXRD)对样品进行了θ-2θ和摇摆曲线测量,在ZnAl2O4缓冲层上生长的ZnO厚膜具有高度的择优取向性和良好的晶体质量(摇摆曲线半高宽为342").用电子扫描显微镜(SEM)观察样品横截面,并测得样品厚度约为10μm.     

插入δAl/AlN缓冲层在Si(111)上生长GaN

采用MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)生长方法,对比在AlN层上加入δAl/AlN缓冲层和不加入δAl/AlN缓冲层两种生长结构,在Si(111)衬底上生长GaN.实验结果表明,在加入δAl/AlN缓冲层后,GaN外延层的裂纹密度得到了有效的降低,晶体质量也得到了明显的提高.通过MOCVD生长方法,利用光学显微镜、XRD和Raman等分析测试手段,研究了δAl/AlN缓冲层对GaN外延层的影响,获得了裂纹密度小、晶体质量高的GaN材料.     

插入δAl/AlN缓冲层在Si(111)上生长GaN

采用MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)生长方法,对比在AlN层上加入δAl/AlN缓冲层和不加入δAl/AlN缓冲层两种生长结构,在Si(111)衬底上生长GaN.实验结果表明,在加入δAl/AlN缓冲层后,GaN外延层的裂纹密度得到了有效的降低,晶体质量也得到了明显的提高.通过MOCVD生长方法,利用光学显微镜、XRD和Raman等分析测试手段,研究了δAl/AlN缓冲层对GaN外延层的影响,获得了裂纹密度小、晶体质量高的GaN材料.     

溅射AlN技术对GaN基LED性能的影响

研究了在图形蓝宝石衬底(PSS)上利用磁控溅射制备AlN薄膜的相关技术,随后通过采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)在相关AlN薄膜上生了长GaN基LED.通过一系列对比实验,分析了AlN薄膜的制备条件对GaN外延层晶体质量的影响,研究了AlN薄膜溅射前N2预处理功率和溅射后热处理温度对GaN基LED性能的作用机制.实验结果表明:AlN薄膜厚度的增加,导致GaN缓冲层成核密度逐渐升高和GaN外延膜螺位错密度降低刃位错密度升高;N2处理功率的提升会加剧衬底表面晶格损伤,在GaN外延膜引入更多的螺位错;AlN热处理温度的升高粗化了表面并提高了GaN成核密度,使得GaN外延膜螺位错密度降低刃位错密度升高;而这些GaN外延膜位错密度的变化又进一步影响到LED的光电特性.     

采用AlN缓冲层在Si(111)衬底上生长GaN的形貌

针对Si衬底上生长GaN具有的特有形貌进行了研究,分析采用扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)等手段,研究了使用AlN作为缓冲层的GaN的生长模式、缺陷形成机理、应力释放机制.并且发现缓冲层厚度和外延层生长温度对裂纹和表面缺陷的形成有很大的影响.