MOCVD生长高反射率AlN/GaN分布布拉格反射镜

利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法在蓝宝石c面衬底上制备出高反射率AlN/GaN分布布拉格反射镜(DBR).利用分光光度计测量,在418 nm附近最大反射率达到99%.样品表面显微照片显示,有圆弧形缺陷和少量裂纹出现;在缺陷和裂纹以外的区域,DBR具有较为平坦的表面,其粗糙度在10μm×10μm面积上为3.3 m左右.样品的截面扫描电镜(SEM)照片显示,DBR具有良好的周期性.对反射率和表面分析的结果表明,该样品达到了制备GaN基垂直腔面发射激光器(VCSEL)的要求.     

蓝光波段高反射率AlN/GaN分布布拉格反射镜的制作

采用金属有机物化学气相沉积方法制备了蓝光波段高反射率AlN/GaN分布布拉格(DBR)反射镜.利用金相显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜以及分光光度计等测量手段对样品的物理特性进行了分析表征.结果显示样品的表面有少量圆形台面结构和裂纹出现,但在其他区域,样品具有较为平整的表面.该样品在462.5 nm附近获得最大反射率99.4%,表面均方根粗糙度小至2.5 nm.分析表明,所得DBR达到了制备GaN基垂直腔面发射激光器的要求.     

用633nm的激光器监控峰值波长为 530nm的AlGaN/GaN DBR的生长

本文从理论和实验上研究了用633nm激光器干涉仪监控峰值反射波长为530nm的1/4光学厚度的AlGaN/GaN 分布布拉格反射器（DBR）的生长。首先采用传输矩阵法从理论上研究了不同周期厚度的AlGaN/GaN DBR的实时反射率随DBR生长厚度的变化。接着采用金属有机化合物气相外延法生长了两个与模拟结构相同的DBR样品。仿真结果和实验结果表明能够从DBR实时反射率随生长厚度变化的曲线形状判断DBR的结构参数。最后通过激光干涉仪实时监控生长了DBR发光二极管,光致发光实验证明DBR对发光二极管出射光的加强作用在期望波长范围内。     

基于DBR结构的蓝光及白光GaN LED的制备及光学性能改善

为改善GaN基发光二极管(LED)的光学性能，设计并制备了具有高反射率与宽反射带宽的SiO₂/Ti₃O₅分布式布拉格反射镜(DBR)结构的蓝光和白光GaN LED。制备了具有不同周期数的DBR结构，其中，17周期DBR结构在400～660 nm波长内平均反射率超过99.3%,其反射带宽度达到231 nm。测试并比较了封装后的基于DBR结构的LED芯片的电学与光学特性。通过电流-光输出功率(I-L)特性测试，发现具有17周期DBR结构的蓝光LED的光输出功率比5周期的提升了6.7%,而白光LED的光输出功率则提升了9.7%。在约100 mA的直流注入电流下，蓝光和白光LED的最大光输出功率分别达到134.9 mW和108.4 mW。     

AlGaN /GaN分布布拉格反射镜的设计与表征

设计了反射中心波长为500nm的Al0.3Ga0.7N/GaN和AlN/GaN两种分布布拉格反射镜（DBR）,并采用光学传递矩阵方法对其光谱反射率进行了理论上的模拟.采用金属有机物化学气相淀积（MOCVD）技术在蓝宝石衬底上制备了样品.实际测量的样品反射谱中有明显的反射峰,但峰值波长与理论设计有偏差,峰值反射率也比理论设计值偏低.SEM和AFM测量结果表明：这是由生长层厚与设计的偏差和界面不平整引起的.     

MOCVD外延生长高阻GaN薄膜材料

采用MOCVD技术在非有意掺杂的条件下，在C面蓝宝石衬底上制备出了高阻的GaN单晶薄膜样品. 用扫描电子显微镜和原子力显微镜分析样品显示GaN外延膜的表面十分平整，表面粗糙度仅有～0.3nm. 样品的X射线双晶衍射摇摆曲线（0002）峰的半峰宽为5.22′，证实所生长的GaN外延层具有较好的结晶质量. 变温Hall测量发现样品的室温电阻率高达6.6e8Ω·cm, 250℃下的电阻率约为10.6Ω·cm.     

原子层沉积法制备高反射率的分布式布拉格反射镜

为提高GaN基发光二极管(LED)的发光强度,制备TiO₂/Al₂O₃分布式布拉格反射器(DBR)来提高其外量子效率是一种有效的方法。原子层沉积(ALD)法所制备的薄膜具有良好的均匀性,适合用来制备反射器材料。同时,TiN薄膜具有良好的类金属性质,且与TiO₂之间具有良好的粘附性,因此在DBR基础上再采用TiN反射层可以将反射率进一步提高。Matlab软件模拟结果表明,3~6周期厚的DBR,其反射率随厚度增加而提高。其中6周期DBR的反射率为95%,加上TiN薄膜后反射率可以得到进一步提高。实验结果与模拟结果吻合,6周期DBR+TiN结构的反射率达到99%。给带有该结构的LED注入50mA电流时,LED光输出功率(LOP)相对没有该结构的器件提升了约68.3%。     

AlGaN /GaN分布布拉格反射镜的设计与表征

设计了反射中心波长为500nm的Al0. 3 Ga0. 7N /GaN和AlN /GaN两种分布布拉格反射 镜(DBR) ,并采用光学传递矩阵方法对其光谱反射率进行了理论上的模拟。采用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上制备了样品。实际测量的样品反射谱中有明显的反射峰,但峰值波长与理论设计有偏差,峰值反射率也比理论设计值偏低。SEM和AFM测量结果表明:这是由生长层厚与设计的偏差和界面不平整引起的。     

AlGaN /GaN分布布拉格反射镜的MOCVD生长

文中利用MOCVD方法,采用高质量GaN作为缓冲层,在（0001）取向的蓝宝石衬底上实现了不同组分的AlxGa1-xN/GaN分布布拉格反射镜（DBR）的制备.通过XRD、SEM、AFM、反射谱等测量分析手段,研究了AlxGa1-xN/GaN DBR的结构质量、厚度和表面形貌.     

纳米异质外延层与衬底的晶体取向匹配的电子背散射衍射分析

本文采用电子背散射衍射（EBSD）,测量纳米异质外延层的织构,及外延层与衬底的晶体取向匹配。测试的材料包括作为YBCO超导膜的过渡层、生长在强立方织构Ni-5at.%W（Ni-W）衬底上的La2Zr2O7（LZO）外延层,及LED器件中生长在蓝宝石衬底上的GaN过渡层和外延层。EBSD测量出LZO外延层具有旋转立方织构,显示出LZO与Ni-W衬底的面内取向（转动45°）及面外取向（沿[001]方向）的匹配关系。EBSD测量出GaN过渡层与蓝宝石衬底的面内取向（转动30°）的匹配关系,显示出由GaN过渡层的晶格畸变而引入的平行于外延生长方向的弹性应变梯度（约500 nm）。     

MOCVD外延生长高阻GaN薄膜材料

采用MOCVD技术在非有意掺杂的条件下,在C面蓝宝石衬底上制备出了高阻的GaN单晶薄膜样品.用扫描电子显微镜和原子力显微镜分析样品显示GaN外延膜的表面十分平整,表面粗糙度仅有～0.3nm.样品的X射线双晶衍射摇摆曲线(0002)峰的半峰宽为5.22',证实所生长的GaN外延层具有较好的结晶质量.变温Hall测量发现样品的室温电阻率高达6.6×108Ω·cm,250℃下的电阻率约为106Ω·cm.     

MOCVD外延生长高阻GaN薄膜材料

采用MOCVD技术在非有意掺杂的条件下,在C面蓝宝石衬底上制备出了高阻的GaN单晶薄膜样品.用扫描电子显微镜和原子力显微镜分析样品显示GaN外延膜的表面十分平整,表面粗糙度仅有～0.3nm.样品的X射线双晶衍射摇摆曲线(0002)峰的半峰宽为5.22',证实所生长的GaN外延层具有较好的结晶质量.变温Hall测量发现样品的室温电阻率高达6.6×108Ω·cm,250℃下的电阻率约为106Ω·cm.     

入射介质对GaN基分布布拉格反射器的反射谱影响

利用传输矩阵法对不同入射介质的GaN基分布布拉格反射器(DBR)进行了反射谱的理论分析。计算表明,入射介质的折射率与低周期DBR反射率呈二次函数关系,与高周期DBR反射率近似线性关系。根据这些特点,推导出估算DBR在LED器件中的实际反射率公式。分析了从空气和Al_(0.4)Ga_(0.5)In_(0.1)N入射介质下不同GaN基DBR结构的反射光谱差异。为减弱入射介质对DBR反射谱的影响以及改善材料结构的质量,设计了半混合GaN基DBR结构。分析指出,半混合DBR在材料结构生长和光谱方面比传统DBR更有优势。     

不同V/III族元素比对m面GaN薄膜性能的影响

摘要：采用分子束外延（MBE）方法在蓝宝石衬底上外延生长m面GaN薄膜。利用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)分析了薄膜表面形貌,对比分析结果,发现V/III族元素比从1:80降低到1:90时,外延膜表面均方根粗糙度从13.08nm降低到9.07nm。利用光谱型椭偏仪研究m面GaN薄膜,通过物理模型建立和光谱拟合得到了m面GaN薄膜的厚度、折射率和消光系数。拟合结果显示,GaN样品厚度和理论值一致,且V/III族元素比为1:90时,所得外延膜折射率较低,透射率大。两种测试方法的结果表明,V/III族元素比较小的样品晶体质量高。     

InAlN在不同模板上的MOCVD外延

在相同的生长条件下,分别在高质量的GaN 和 AlN 模板上生长InAlN外延层。 测试结果显示：本实验的两个样品的In组分均为～16%,但在AlN模板上生长的InAlN外延层的晶体质量和表面形貌都要优于在GaN模板上生长的样品。其中,在GaN模板上生长的InAlN样品的（002）和（102）峰摇摆曲线的半峰宽分别为309.3″和339.1″,样品表面的粗糙度为0.593 nm,v坑密度约为4.2108cm-2;而在AlN模板上生长的InAlN样品的（002）和（102）峰摇摆曲线的半峰宽分别为282.3″和313.5″,样品表面的粗糙度为0.39 nm,v坑密度约为2.8108cm-2 。综合以上结果可初步得知,在AlN模板上生长的InAlN外延层的晶体质量和表面形貌都要优于在GaN模板上生长的InAlN外延层,因此,相对于GaN模板来说,AlN模板更适宜高质量的InAlN 外延层的生长。     

Ni-Au/AlN/Si器件的深能级瞬态谱研究

对GaN器件制备过程中AlN缓冲层相关的电活性缺陷进行了C-V和深能级瞬态谱(DLTS)研究。C-V研究结果表明,制备态Ni-Au/AlN/Si MIS器件中,靠近AlN/Si界面处的掺杂浓度为4.4×10¹⁷cm-3,明显高于Si衬底的1.4×10¹⁶cm-3,意味着制备态样品中Al原子已经向衬底硅中扩散。采用退火工艺研究了GaN器件制备过程中的热影响以及热处理前后电活性缺陷在硅衬底中的演变情况,发现退火处理后,Al原子进一步向衬底硅中更深处扩散,扩散深度由制备态的500nm左右深入到1μm附近。DLTS研究结果发现,在Si衬底中与Al原子扩散相关的缺陷为Al-O配合物点缺陷。DLTS脉冲时间扫描表明,相比于制备态样品,退火态样品中出现了部分空穴俘获时间常数更大的缺陷,退火处理造成了点缺陷聚集,缺陷类型由点缺陷逐渐向扩展态缺陷发展。     

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。     

980nm高功率垂直腔面发射激光器的理论分析

理论分析了980nm高功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)的器件特性与其分布布拉格反射镜(DBR)反射率的依赖关系,并计算了具有不同有源区直径的VCSEL的输出特性.分析了具有不同有源区直径的VCSEL在不同DBR反射率条件下的连续输出特性曲线,发现DBR反射率的改变会对有源区直径不同的VCSEL产生不同程度的影响.为了验证理论分析的结果,进行了器件测试实验.实验结果表明,有源区直径为500μm的VCSEL,当其N-DBR反射率分别为99.7%及99.2%时,在连续注入电流为6A时,其输出功率分别为2.01W和2.09W;而有源区直径为200μm的VCSEL,当N-DBR反射率为99.7%及99.2%时,连续注入电流为3A时,其输出功率分别为0.64W及1.12W.器件测试结果有效验证了理论分析的结论.     

窄线宽1064 nm分布布拉格反射半导体激光器

1064nm分布布拉格反射(DBR)半导体激光器具有窄线宽、输出稳定的特性,在自由空间激光通信用种子光源等方面具有广阔的应用前景。设计了一种单模、窄线宽的1064nm DBR半导体激光器,利用金属有机化合物气相沉积技术生长出InGaAs应变量子阱半导体激光器材料,并制备出腔长为1200μm的脊型波导1064nm DBR半导体激光器。当注入电流为70mA时,室温下该激光器的连续输出功率可达到7mW,3dB光谱线宽为0.12nm。     

AlGaAs／AlAs体系DBR的MOCVD生长及表征

设计并利用MOCVD在（311）GaAs衬底上生长了12．5个周期的Al0．6Ga0．4As／AlAs黄绿光分布式Bragg反射（DBR）体系，测量了白光反光谱及其外延片峰值波长分布，反射率90％以上，波长不均匀性在1．0％以下；利用了X射线双晶衍射对其进行结构表征，580nm波长DBR结构周期为84．5nm。