MOCVD生长P型GaN的掺Mg量的研究

使用MOCVD技术在Al2O3衬底上生长了GaN：Mg薄膜.通过对退火后样品的光电性能综合分析,研究了掺Mg量对生长P型GaN的影响.结果表明：要获得高空穴载流子浓度的P型GaN,Mg的掺杂量必须控制好.掺Mg量较小时,GaN：Mg单晶膜呈现N型导电,得不到P型层;掺Mg量过大时,会形成与Mg有关的深施主,由于深施主的补偿作用,得不到高空穴浓度的P型GaN.生长P型GaN的最佳Cp2Mg/TMGa之比在1/660-1/330之间     

脉冲激光双光束沉积掺Mg的GaN薄膜的研究

采用脉冲激光双光束沉积系统在Si(111)衬底上生长了掺Mg的GaN薄膜和未掺杂GaN薄膜。利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、室温范德堡霍尔测量及光致发光(PL)光谱对两类薄膜进行对比分析，结果显示，所生长的GaN薄膜均为六方纤锌矿晶体结构，掺Mg可细化所生长的GaN薄膜晶粒。随着掺Mg量的增加，GaN薄膜无需后处理即可由”型导电转化为p型导电，GaN薄膜的光学性能随p型载流子浓度增大而提高；然而掺Mg却导致GaN薄膜结晶质量下降，掺镁量过大的GaN薄膜中p型载流子浓度反而减少，光致发光中黄发射峰增强较大。研究表明通过优化脉冲激光双光束沉积参数无需任何后处理可直接获得高空穴载流子浓度的p型GaN薄膜。     

原位退火对HVPE生长的GaN外延层光学性质和结构的影响

研究了原位退火对用氢化物外延方法在(0001)面蓝宝石衬底上生长的氮化镓(GaN)外延薄膜的结构和光学性能的影响.测试表明,氨气气氛下在生长温度进行的原位退火,明显提高了GaN外延膜的质量.X射线衍射(XRD)分析表明,随着原位退火时间的增加,(0002)面和(1012)面摇摆曲线的半峰宽逐渐变窄.喇曼散射谱显示样品退火后E2(high)峰位向低频区移动;随着退火时间的延长,趋向于块状GaN的峰位.可见,原位退火使GaN外延膜中的双轴应力明显减少.光致发光的测试结果与XRD和喇曼散射谱的结论一致.表明原位退火能有效提高GaN外延膜的结构和光学性能.     

原位退火对HVPE生长的GaN外延层光学性质和结构的影响

研究了原位退火对用氢化物外延方法在(0001)面蓝宝石衬底上生长的氮化镓(GaN)外延薄膜的结构和光学性能的影响.测试表明,氨气气氛下在生长温度进行的原位退火,明显提高了GaN外延膜的质量.X射线衍射(XRD)分析表明,随着原位退火时间的增加,(0002)面和(1012)面摇摆曲线的半峰宽逐渐变窄.喇曼散射谱显示样品退火后E2(high)峰位向低频区移动;随着退火时间的延长,趋向于块状GaN的峰位.可见,原位退火使GaN外延膜中的双轴应力明显减少.光致发光的测试结果与XRD和喇曼散射谱的结论一致.表明原位退火能有效提高GaN外延膜的结构和光学性能.     

MOCVD生长GaN和GaN∶Mg薄膜的对比研究

对在SiC衬底上采用MOCVD方法制备的GaN和GaN :Mg薄膜进行X射线衍射 (XRD)、扫描电镜 (SEM)和拉曼散射光谱的对比研究发现 :两种样品均处于张力作用之下 ,但是GaN∶Mg样品却由于Mg的掺杂会在样品中引入更多的缺陷和位错加剧薄膜的无序化程度 ,致使薄膜质量变差 ;其次因为Mg原子半径比Ga原子半径大 ,所以当Mg替代Ga以后会引发压力应力 ,从而使薄膜张力减小 ,最后通过计算说明对于GaN :Mg样品而言 ,除了载流子以外 ,薄膜质量同样也会对A1(LO)模式产生影     

GaN1-xPx三元合金的MOCVD生长

用金属有机化学气相淀积技术在蓝宝石衬底上成功外延了高P 组分的GaN1-xPx三元合金.俄歇电子能谱深度剖面结果表明在GaN1 -xPx中P的掺入量最高达到20%且分布均匀;X射线光电子能谱价态分析证实了外延层中Ga-P键的存在.对不同P组分的GaN1-xPx样品进行了低温光致发光 (PL)测试,与来自GaN衬底的带边发射相比,随三元合金中P组分的变化,GaN1-x Px的PL峰呈现出了不同程度的红移.在GaN1-xPx的PL谱中没有观测到有关GaP的发射峰,表明该合金材料没有发生相分离.     

GaN1-xPx三元合金的MOCVD生长

用金属有机化学气相淀积技术在蓝宝石衬底上成功外延了高P 组分的GaN1-xPx三元合金.俄歇电子能谱深度剖面结果表明在GaN1 -xPx中P的掺入量最高达到20%且分布均匀;X射线光电子能谱价态分析证实了外延层中Ga-P键的存在.对不同P组分的GaN1-xPx样品进行了低温光致发光 (PL)测试,与来自GaN衬底的带边发射相比,随三元合金中P组分的变化,GaN1-x Px的PL峰呈现出了不同程度的红移.在GaN1-xPx的PL谱中没有观测到有关GaP的发射峰,表明该合金材料没有发生相分离.     

用MOCVD方法制备的GaN1-xPx三元合金的喇曼与红外光谱

采用光辐射加热低压金属有机化学气相淀积(LP-MOCVD)方法在蓝宝石衬底上生长了高P组分的GaN1-x-Px三元合金薄膜,通过喇曼光谱和红外反射谱技术研究了GaN1-xPx合金中P掺杂所引入的振动模.与非掺P的GaN相比,在GaN1-xPx合金的喇曼谱和红外反射谱中分别观测到了多个由P所引入的振动模,文中将它们分别归因于Ga-P键振动引起的准局域模、间隙模以及P掺入造成的局部晶格无序激活的振动模.     

未掺杂GaN外延膜的结晶特性与蓝带发光关系的研究

采用卢瑟福背散射／沟道技术，X射线双晶衍射技术和光致发光技术对几个以MOCVD技术生长的蓝带发光差异明显的未掺杂GaN外延膜和GaN：Mg外延膜进行了测试。结果表明，未掺杂GaN薄膜中出现的2．9eV左右的蓝带发光与薄膜的结晶品质密切相关。随未掺杂GaN的蓝带强度与带边强度之比增大，GaN的卢瑟福背散射／沟道谱最低产额增大，X射线双晶衍射峰半高宽增大。未掺杂GaN薄膜的蓝带发光与薄膜中的某种本征缺陷有关。研究还表明，未掺杂GaN中出现的蓝带与GaN：Mg外延膜中出现的2．9eV左右的发光峰的发光机理不同。     

r面蓝宝石衬底上采用两步AlN缓冲层法外延生长a面GaN薄膜及应力研究

采用MOCVD技术在r面蓝宝石衬底上采用两步AlN缓冲层法外延制备了a面GaN薄膜.利用高分辨X射线衍射技术和Raman散射技术分析了样品的质量以及外延膜中的残余应力.实验结果表明:样品的(1120)面的X射线双晶摇摆曲线的半峰宽仅为0.193°,Raman光谱中E2高频模的半峰宽仅为3.9cm-1,这些说明a面GaN薄膜具有较好的晶体质量;X射线研究结果表明样品与衬底的位相关系为:[11(2)0]GaN ||[1(1)02]sapphire,[0001]Gan||[(11)01]sapphire和[(11)00]GaN[11(2)0]sapphire;高分辨X射线和Raman散射谱的残余应力研究表明,采用两步AlN缓冲层法制备的a面GaN薄膜在平面内的残余应力大小与用低温GaN缓冲层法制备的a面GaN薄膜不同,我们认为这是由引入AlN带来的晶格失配和热失配的变化引起的.     

Temperature Dependent Raman Scattering of Phonon Modes and Defect Modes in GaN and p-Type GaN Films

Raman spectra of undoped GaN and Mg-doped GaN films grown by metal-organic chemical-vapor deposition on sapphire are investigated between 78 and 573K.A peak at 247cm－1 is observed in both Raman spectra of GaN and Mg-doped GaN.It is suggested that the defect-induced scattering is origin of the mode.The electronic Raman scattering mechanism and Mgrelated local vibrational mode are excluded.Furthermore,the differences of E2 and A1(LO) modes in two samples are also discussed.The stress relaxation is observed in Mg-doped GaN.     

GaN薄膜的微区Raman散射光谱

报道了低压 MOCVD生长的同一 Ga N薄膜不同位置的微区 Raman散射光谱 .观测到了微区结构不完整对 Raman谱的影响 .通过 X射线衍射分析 ,证实了该样品晶体质量是不均匀的 ,而且微结构缺陷的存在是导致回摆曲线展宽的主要原因 .结合 Hall测量结果 ,对 Ga N薄膜的 Al( L O)模式的移动进行了电声子相互作用分析 ,认为 A1 ( LO)模式的移动可能与电声子相互作用无关 ,而是受内部应力分布不均匀的影响所致 .     

用MOCVD方法制备的GaN_(1-x)P_x三元合金的喇曼与红外光谱

采用光辐射加热低压金属有机化学气相淀积(L P- MOCVD)方法在蓝宝石衬底上生长了高P组分的Ga N1 - x-Px 三元合金薄膜,通过喇曼光谱和红外反射谱技术研究了Ga N1 - x Px 合金中P掺杂所引入的振动模.与非掺P的Ga N相比,在Ga N1 - x Px 合金的喇曼谱和红外反射谱中分别观测到了多个由P所引入的振动模,文中将它们分别归因于Ga- P键振动引起的准局域模、间隙模以及P掺入造成的局部晶格无序激活的振动模     

Mg注入非极性a面GaN退火温度的研究

非极性GaN材料解决了传统GaN材料中的极化现象,具有较好的应用前景。用金属有机物化学气相沉积方法,在r面蓝宝石上生长了Mg注入非极性a面GaN 薄膜,并选取650 ℃、750 ℃、850 ℃这3个温度对Mg注入GaN薄膜进行退火温度研究。用原子力显微镜、光致发光谱、拉曼谱研究了材料的表面形貌、光学性质以及面内应力。结果表明,在750 ℃退火时效果较好。     

高浓度Mg掺杂GaN的电学和退火特性研究

对高浓度Mg掺杂GaN在常规热退火和快速热退火前后的材料质量和电学特性进行了研究。X 射线衍射测量表明 ,重掺杂导致了GaN质量的下降 ,退火后略有恢复。霍尔测量表明 ,Cp2 Mg :TMGa的流量比小于 1:2 6.3时 ,退火后空穴浓度可达到 2× 10 18cm- 3;当Cp2 Mg :TM Ga的流量比为 1:2 1.9时 ,得到的高阻GaN在常规热退火和快速热退火后均只为弱 p型 ,存在明显的施主补偿现象。这被认为是重掺杂导致晶格缺陷增多 ,引入了施主能级 ,补偿了被激活的Mg原子的结果     

MOCVD生长GaN和GaN：Mg薄膜的对比研究

对在SiC衬底上采用MOCVD方法制备的GaN和GaN：Mg薄膜进行X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和拉曼散射光谱的对比研究发现：两种样品均处于张力作用之下，但是GaN：Mg样品却由于Mg的掺杂会在样品中引入更多的缺陷和位错加剧薄膜的无序化程度，致使薄膜质量变差；其次因为Mg原子半径比Ga原子半径大，所以当Mg替代Ga以后会引发压力应力，从而使薄膜张力减小，最后通过计算说明对于GaN：Mg样品而言，除了载流子以外，薄膜质量同样也会对A1(LO)模式产生影响．     

Contactless electroreflectance study of band bending for undoped, Si- and Mg-doped GaN layers and AlGaN/GaN transistor heterostructures

The surface band bending in undoped, Si-doped and Mg-doped GaN layers with Ga-face polarity as well as AlGaN/GaN heterostructures with Ga(Al)-face polarity has been investigated by room temperature contactless electroreflectance (CER) spectroscopy. The opposite phase of CER resonance (i.e., opposite band bendings) has been observed for n-type (undoped and Si-doped) and p-type (Mg-doped) GaN layers. It means that for thick GaN layers the surface band bending results not from crystal polarity but from the Fermi-level pinning at the surface and carrier type/concentration inside the layer. The crystal polarity can influence the surface band bending for thin (Al)GaN layers for which the screening phenomena can be neglected or are very weak. Such a situation is typical of AlGaN/GaN transistor structures where the thickness of AlGaN layer is below 40 nm. In this case, the strong internal electric field in AlGaN layer is manifested in CER spectra by a resonance with a long period Franz-Keldysh oscillation.     

掺碳氮化镓的光学性质

利用喇曼光谱和光致发光谱,对采用氢化气相外延淀积方法在MOCVD GaN衬底上生长的掺碳GaN样品的光学性质进行了研究.结果发现C3H8流量的增加导致载流子浓度的升高,喇曼谱出现蓝移,E1(LO)声子的Raman强度变弱.同时光致发光谱中蓝光带和黄光带发光强度随着掺碳浓度的增加先增强后减弱,这与掺杂碳的自补偿效应有关.高碳掺杂量的GaN材料的结构与光学性质均显著下降.     

InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱中应变对光致发光特性的影响

对蓝宝石衬底上的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构和经激光剥离去除衬底的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构薄膜样品,进行了光致发光谱、高分辨XRD和喇曼光谱测量.PL测量结果表明,相对于带有蓝宝石衬底的样品,InGaN/GaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生较小的蓝移,而InGaN/AlGaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生明显的红移;喇曼光谱的结果表明,激光剥离前后E2模的峰值从569.1减少到567.5cm-1.这说明激光剥离去除衬底使得外延层整体的压应力得到部分释放,但InGaN/GaN与InGaN/AlGaN多量子阱结构中阱层InGaN的应力发生了不同的变化.XRD的结果证实了这一结论.     

生长于4H-SiC和蓝宝石衬底上的GaN的Raman光谱和高分辨率XRD研究分析

The crystal quality, stress and strain of GaN grown on 4H-SiC and sapphire are characterized by high resolution X-ray diffraction（HRXRD） and Raman spectroscopy.The large stress in GaN leads to the generation of a large number of dislocations.The Raman stress is determined by the results of HRXRD.The position and line shape of the A1 longitudinal optical（LO） phonon mode is used to determine the free carrier concentration and electron mobility in GaN.The differences between free carrier concentration and electron mobility in GaN grown on sapphire and 4H-SiC are analyzed.