MOCVD生长源流量对p型GaN薄膜特性影响的研究

利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上生长p型GaN:Mg薄膜,对不同二茂镁(CP2Mg)流量和Ⅴ族和Ⅲ族摩尔(Ⅴ/Ⅲ)比生长的p型GaN:Mg薄膜特性进行研究。研究表明,增加Ⅴ/Ⅲ比,可以降低螺旋位错密度,提高p型GaN晶体质量。当Ⅴ/Ⅲ比为3 800时,Cp2Mg流量最高为170sccm,获得p型GaN(002)面峰值半高宽(FWHM)最窄为232"。同时研究发现,单纯提高Ⅴ/Ⅲ比对降低刃型位错影响较不明显。     

不同Ⅴ/Ⅲ族元素比对m面GaN薄膜性能的影响?

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)分析薄膜表面形貌,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13.08 nm降低到9.07 nm。利用光谱型椭偏仪研究m面GaN薄膜,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。两种测试方法表明,Ⅴ/Ⅲ族元素比较小的样品晶体质量高。     

利用高频Plasma CVD在蓝宝石衬底上生长 立方GaN缓冲层及其光学性质

研究了采用高频PlasmaCVD技术在较低温度下(300—400℃)生长以GaN为基的Ⅲ-Ⅴ族氮化物的可行性,在蓝宝石衬底上生长了GaN缓冲层.热处理后的光致发光谱和X光衍射表明,生长的GaN缓冲层为立方相,带边峰位于3.15eV.在作者实验的范围内,最优化的TMGa流量为0.08sccm(TMAm=10sccm时),XPS分析结果表明此时的Ga/N比为1.03.这是第一次在高Ⅴ/Ⅲ比下得到立方GaN.相同条件下石英玻璃衬底上得到的立方GaN薄膜,黄光峰很弱,晶体质量较好.     

GaN生长速率的研究

采用在位监控方法研究了MOCVD系统中GaN材料的外延生长速率与NH3流量、TMGa流量、Ⅴ/Ⅲ比等生长参数的关系．GaN生长速率随NH3流量的提高先增加后减小,而随TMGa流量的增加线性的增加．在不同NH3流量的情况下,GaN生长速率随TMGa流量增加的速率不同．GaN的生长速率与Ⅴ/Ⅲ比没有直接的关系,而与NH3,TMGa等条件有关．实验结果表明,MOCVD系统中存在着较强的预反应．预反应的程度与TMGa的流量成正比．     

GaN生长速率的研究

采用在位监控方法研究了MOCVD系统中GaN材料的外延生长速率与NH3流量、TMGa流量、Ⅴ/Ⅲ比等生长参数的关系.GaN生长速率随NH3流量的提高先增加后减小,而随TMGa流量的增加线性的增加.在不同NH3流量的情况下,GaN生长速率随TMGa流量增加的速率不同.GaN的生长速率与Ⅴ/Ⅲ比没有直接的关系,而与NH3,TMGa等条件有关.实验结果表明,MOCVD系统中存在着较强的预反应.预反应的程度与TMGa的流量成正比.     

蓝宝石衬底上HVPE-GaN表面形貌研究

通过研究蓝宝石衬底上HVPE-GaN的表面形貌,指导HVPE-GaN工艺.工艺是在自制的立式HVPE设备上进行的,通过显微镜观察了各种不同工艺条件下的GaN表面形貌.发现不采用成核层直接生长的GaN表面粗糙为多晶,而采用低温成核层所得到的GaN表面随着Ⅴ/Ⅲ比由大到小,从包状表面向坑状表面过渡,通过选择合适的Ⅴ/Ⅲ,可以得到表面光滑、无色透明的GaN.其XRD摇摆曲线半高宽为450 arcs,表面粗糙度为0.9 mm.     

采用ECR-PEMOCVD方法进行立方和六方GaN单晶薄膜生长的准热力学模型和相图

基于热力学平衡理论,对在电子回旋共振等离子体增强金属有机化学气相沉积系统中的GaN薄膜生长给出了一个化学平衡模型.计算表明,GaN生长的驱动力Δp是以下生长条件的函数:Ⅲ族输入分压,输入Ⅴ/Ⅲ比,生长温度.计算了六方和立方GaN的生长相图,计算结果和我们的实验结果显示出一定的一致性.通过分析,解释了高温和高Ⅴ/Ⅲ比生长条件适合六方GaN的原因.上述模型可以延伸到用于GaN单晶薄膜生长的类似系统中.     

MOVPE生长的GaN中有关Zn的电致发光特性

GaN是制造发蓝光器件的理想材料之一。在蓝宝石(0001)(C-面)衬底上用HVPE法(氢气气相外延法)己生长出GaN单晶。但是,要获得具有无裂痕的表面平滑的高质量GaN薄膜是相当困难的,这是因为在外延膜和衬底之间的热膨胀系数不同以及存在着较刀的晶格失配。在用MOVPE生长GaN之前预先沉积的AlN薄膜缓冲层对改进表面形态及未掺杂GaN膜的结晶质量有明     

HVPE法制备GaN过程中GaAs衬底的氮化

在自制的立式氢化物气相外延(HVPE)系统炉中,一定温度下通入一定流量的NH3使GaAs(111)衬底氮化一层GaN薄膜,以防止高温外延生长GaN时GaAs分解,进而提高了之后GaN外延生长的晶体质量。实验主要通过XRD检测氮化层的质量,研究了氮化温度和时间对氮化层的影响。实验发现,氮化温度过高会使GaAs表面分解,氮化层为多晶。氮化时间过短,氮化层致密性低,不能起到保护衬底的作用;时间过长则氮化层质量降低,GaN(002)半高宽(FWHM)较大。分析结果表明,在500℃氮化2min的工艺条件下,获得的氮化层质量相比其他条件较好,致密性高。     

含有低温AlN插入层的厚膜GaN的氢化物气相外延生长

研究了采用低温氮化铝(LT-AlN)插入层的厚膜GaN的氢化物气相外延生长(HVPE),并比较了7nm厚的LT-AlN插入层在经过不同退火时间后对GaN膜生长的影响.结果表明,退火后的LT-AlN插入层表面形貌发生很大变化.在一定的退火条件下,AlN插入层能有效地改善HVPE生长的GaN外延层的结晶质量.     

含有低温AlN插入层的厚膜GaN的氢化物气相外延生长

研究了采用低温氮化铝(LT-AlN)插入层的厚膜GaN的氢化物气相外延生长(HVPE),并比较了7nm厚的LT-AlN插入层在经过不同退火时间后对GaN膜生长的影响.结果表明,退火后的LT-AlN插入层表面形貌发生很大变化.在一定的退火条件下,AlN插入层能有效地改善HVPE生长的GaN外延层的结晶质量.     

HVPE生长厚层GaN基片V/Ⅲ对结晶质量的影响

采用HVPE法,通过改变V/Ⅲ生长厚层GaN基片。分别采用X射线双晶衍射摇摆曲线、拉曼光谱及扫描探针显微镜进行生长晶体结晶质量和显微形貌分析。生长出表面光亮、无坑、无裂痕的60μm以上厚层GaN基片,并简要介绍厚层GaN基片生长过程中V/Ⅲ影响成核岛演变的规律。     

MOVPE生长GaxAlyIn1-x-yN的准热力学模型

提出一个以TMGa、TMAl、TMIn和NH3为源,用MOVPE方法生长GaxAlyIn1-x-yN四元合金的准热力学模型.该模型假设四元合金是由氨和Ⅲ族元素之间反应合成的,其特点是考虑了NH3的分解效率,并用N、H、Ga、Al及In的摩尔分数代替惯用的分压来表示质量守衡方程.计算了各种生长条件对于与GaN晶格匹配的GaxAlyIn1-x-yN四元合金与注入反应室的Ⅲ族金属有机化合物之间关系的影响.计算表明,几乎所有达到生长表面的Al和Ga都并入到GaxAlyIn1-x-yN四元合金中,而In则富集在气相.为增强铟的并入,应采用低的生长温度,高的Ⅴ/Ⅲ比,氮载气而且须要设法降低到达生长界面前氨的分解.     

立方相AlxGa1-xN/GaAs(100)的MOCVD外延生长

利用MOCVD生长技术在GaAs(100)衬底上生长了高质量的立方相AlGaN薄膜.通过光致发光 (PL)、扫描电镜(SEM)分析了不同NH3流量、不同生长温度对AlGaN外延层的结晶质量和表面形貌的影响.发现相对高的NH3流量和相对高的生长温度可以提高AlGaN外延层的结晶质量.     

立方相AlxGa1-xN/GaAs(100)的MOCVD外延生长

利用MOCVD生长技术在GaAs(100)衬底上生长了高质量的立方相AlGaN薄膜.通过光致发光 (PL)、扫描电镜(SEM)分析了不同NH3流量、不同生长温度对AlGaN外延层的结晶质量和表面形貌的影响.发现相对高的NH3流量和相对高的生长温度可以提高AlGaN外延层的结晶质量.     

Ⅴ/Ⅲ比对InGaAs/InP的LPMOCVD生长的影响

介绍了利用LPMOCVD技术在InP衬底上生长In0.53Ga0.47As材料,获得表面平整、光亮的In0.53Ga0.47As外延层.研究了Ⅴ/Ⅲ比对表面形貌、结晶质量、电学质量的影响.在Ⅴ/Ⅲ比较低时,表面粗糙,要获得镜面状的表面形貌,Ⅴ/Ⅲ比必须大于40.Ⅴ/Ⅲ比对外延层结晶质量有影响.迁移率和本征载流子浓度随着Ⅴ/Ⅲ比的增加而增大.     

利用低温插入层改善GaN外延层晶体质量研究

采用MOCVD系统在蓝宝石衬底上生长了GaN外延薄膜,在高温GaN生长中插入了低温GaN.通过改变低温GaN的生长温度和Ⅴ/Ⅲ比得到不同样品.对样品薄膜进行了高分辨X射线衍射(HRXRD)和光致发光谱(PL)测试,PL半峰宽变化不大,XRD半峰宽有明显变化.实验结果表明,低温GaN缓冲层可以使后续生长更好,达到二维生长...     

额外HCl和氮化对HVPE GaN生长的影响

在氢化物气相外延(HVPE)生长GaN过程中,发现了一种在成核阶段向生长区添加额外HCl来改善GaN外延薄膜质量的方法,并且讨论了额外HCl和氮化对GaN形貌和质量的影响.两种方法都可以大幅度地改善GaN的晶体质量和性质,但机理不同.氮化是通过在衬底表面形成AlN小岛,促进了衬底表面的成核和薄膜的融合;而添加额外HCl则被认为是通过改变生长表面的过饱和度引起快速成核从而促进薄膜的生长而改善晶体质量和性质的.     

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。     

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.