蓝宝石晶体生长工艺及设备

介绍了蓝宝石单晶的性质和应用领域,对泡生法、VHGF法等蓝宝石单晶生长工艺进行了说明,对蓝宝石单晶生长工艺及设备的国内外发展趋势进行了探讨。     

Kinetic process of nitridation on the α-sapphire surface

我们结合分子动力学模拟和动态蒙特卡洛方法,建立了蓝宝石表面的氮化模拟模型,依此揭示了氮化和过度氮化的过程和原理。通过MBE生长和同位RHEED表征,我们亦观察和分析了不同条件下的α面蓝宝石的氮化情况。结合模拟和实验,我们了解了氮化机制,并且圈定了合适的氮化范围。     

不同衬底上氧化锌薄膜的金属有机化学气相沉积方法生长

氧化锌薄膜通过金属有机化学气相沉积方法生长在康宁玻璃与α-蓝宝石衬底上,研究了有关薄膜的生长质量与发光特性.通过X光衍射方法测试研究发现,不仅在以α-蓝宝石为衬底的样品中,同时,在以玻璃为衬底的样品中都发现了氧化锌(0 0 2)方向生长的尖峰,表明生长在两种衬底上的样品都是高度的C向生长.对两种样品的荧光谱研究发现,两者的紫外峰位于374 nm附近,在以α-蓝宝石为衬底的样品中,有深能级发射,但在以玻璃为衬底的样品中没有发现,表明在玻璃衬底上我们生长出了高质量的氧化锌薄膜.通过原子力显微镜,对生长在两种衬底上薄膜的表面形貌做了观察,其晶粒的大小与表面粗糙度有一定的差别,表明二者都是以柱状形式生长的.     

科技文萃

掺钛蓝宝石可调谐激光晶体生长 王永国 杨浔 吴树成 掺钛蓝宝石是近年来发展起来的一种重要的可调谐激光晶体,采用还原气氛进行生长是消除或减少残余红外吸收的主要方法。 本文讲述了在几种气氛下,各种生长参数对掺钛蓝宝石晶体质量的影响。     

蓝宝石衬底上HVPE-GaN厚膜生长

采用氢化物气相外延(HVPE)方法,以蓝宝石作衬底,分别在MOCVD-GaN模板和蓝宝石衬底上直接外延生长GaN.模板上的GaN生长表面平整、光亮,但开裂严重.其(0002)的双晶衍射半高宽最低为141″;蓝宝石衬底上直接生长GaN外延层质量较差,其双晶衍射半高宽为1688″,但不发生开裂.HCl的载气流量对预反应有很大的影响.应力产生于外延层和衬底之间的界面处,界面孔洞的存在可以释放应力,减少开裂.光致发光(PL)谱中氧杂质引起强黄光发射.     

蓝宝石衬底上HVPE-GaN厚膜生长

采用氢化物气相外延(HVPE)方法,以蓝宝石作衬底,分别在MOCVD-GaN模板和蓝宝石衬底上直接外延生长GaN.模板上的GaN生长表面平整、光亮,但开裂严重.其(0002)的双晶衍射半高宽最低为141″;蓝宝石衬底上直接生长GaN外延层质量较差,其双晶衍射半高宽为1688″,但不发生开裂.HCl的载气流量对预反应有很大的影响.应力产生于外延层和衬底之间的界面处,界面孔洞的存在可以释放应力,减少开裂.光致发光(PL)谱中氧杂质引起强黄光发射.     

石墨烯上生长GaN纳米线

采用金属Ga升华法在石墨烯/蓝宝石衬底上生长了高质量GaN纳米线,研究了不同的生长条件,如NH3流量、反应时间、催化剂和缓冲层等对GaN纳米线形貌的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)对GaN纳米线进行表征.研究发现,在适当的NH3流量且无催化剂时,衬底上可以生长出粗细均匀的GaN纳米线.反应时间为5 min时,纳米线密集分布在衬底上,表面光滑.在石墨烯/蓝宝石上预先低温生长GaN缓冲层,然后升温至1 100℃进行GaN纳米线生长,获得了具有择优取向的GaN纳米线结构.研究表明,石墨烯和缓冲层对获得GaN纳米线结构有序阵列具有重要的作用.     

晶体生长会议上的红外材料——碲镉汞、碲锡铅、锑化铟

美国第三届晶体生长会议于1975年7月开了五天,除全体会议之外,共分16个小组进行活动,其中有4个小组谈到了红外材料。在异质外延组中美国霍尼威尔公司人员介绍了液相外延碲镉汞材料新工艺,据说其优点是合金膜质量好,生长温度低,组份均匀性较好,可直接在绝缘衬底上生长。生长时熔融料和所得固体均处于HgTe-CdTe假二元相图中。从二元合金熔液中外延生长,可用两种方法:倾斜法和滑动法。生长条件不同时,膜的性能有所变化。用过的衬底有CdTe、Si、蓝宝石和尖晶石,而以CdTe为主,在其上用两种方法均能长出所需组分和厚度的良好液相外延膜。所谓良好的膜是指膜完全覆盖衬底,附着力好。而用其他衬底时,则薄外延膜的生长不易控制,衬底和熔料间会出现不良的化学反应。而在CdTe上长的膜厚度可控,表面光滑。长好的膜用目视和金相方法检验结构和质量。又用电子束微探针分析了样品表面和     

蓝宝石晶体等径控制模糊PID算法

对于蓝宝石晶体生长控制的大滞后特点,利用上称重法实现晶体生长的自动控制。通过对生长曲线模糊自适应PID的具体分析,以蓝宝石晶体为对象,成功实现了PID控制器参数的在线自调整。仿真实验结果表明,模糊自适应PID的方法具有良好的动态、静态特性和较强的鲁棒性。     

LED产业推动蓝宝石设备市场

由于LED背光源和LED照明的应用充满生机,直接引发了针对LED生长应用的蓝宝石衬底的供不应求。据报道,2010年全球产能合计3400万片,其中亚洲占64.7%(2200万片);2011年预测4800万片。以此推断蓝宝石市场将会呈     

蓝宝石上石墨烯的近程催化生长研究

在半导体或者绝缘衬底上利用化学气相沉积方法生长石墨烯和在金属上生长石墨烯相比具有很明显的优势,它克服了前期转移石墨烯时引入的杂质污染和缺陷产生的问题.本文提出了一种新的近程催化的方法可以在蓝宝石衬底上直接进行石墨烯的生长.该方法利用了金属作为催化剂的优势,又避免了转移石墨烯的过程.该方法能制备出完全覆盖衬底的石墨烯,同时石墨烯畴的大小接近1μm.基于生长过程中石墨烯的成核和畴的生长,本文提出了近程催化的生长机理.     

生长压力对MOCVD GaN材料晶体质量的影响

使用氮化物MOCVD外延生长系统,采用传统的两步生长法在76.2 mm c面蓝宝石衬底上生长了不同压力的GaN薄膜样品.研究发现提高高温GaN的生长压力,初期的三维生长时间增长,有利于提高GaN薄膜的晶体质量.同时采用XRD、PL谱和湿化学腐蚀方法研究了样品的位错特性,结果表明高压生长的样品能够降低位错密度,起到改善G...     

Catalyst-free growth of ZnO nanowires on various-oriented sapphire substrates by pulsed-laser deposition

Catalyst-free growth of one-dimensional zinc oxide (ZnO) nanowires is reported. ZnO nanowires were synthesized on ZnO buffer layers deposited on various-oriented sapphire substrates. Syntheses of ZnO buffer layers and nanowires were performed by ultraviolet pulsed-laser deposition. ZnO nanowire's number density was the lowest in the case of using m-cut sapphire substrates. ZnO nanowires grown on a-cut sapphire substrates had vertical alignment with distances of tens to hundreds of nanometers. On the other hand, ZnO nanowires grown on c-cut sapphire substrates had the biggest nucleation rate. The dependence of crystalline orientation of ZnO buffer layers on the orientation of sapphire substrates were investigated by electron back scatter diffraction measurement. From their results, the growth models of ZnO buffer layers were suggested and the variations in morphological properties of ZnO nanowires were discussed.     

重掺InP生长的InGaAs外延层迁移率的测量

通过衬底剥离技术对以重掺N型磷化铟(N+-InP)衬底生长的In0.53Ga0.47As外延层的迁移率测量方法进行了研究。首先,采用环氧树脂胶将In0.53Ga0.47As外延层粘贴在半绝缘蓝宝石衬底上,以盐酸溶液腐蚀掉InP衬底;之后,采用扫描电子显微镜能谱及金相显微镜对InP衬底的剥离情况及In0.53Ga0.47As薄膜的损伤情况进行了检测;最后采用范德堡法对粘贴在半绝缘蓝宝石衬底上的In0.53Ga0.47As薄膜的迁移率进行了测量。通过对比试验得出,剥离InP衬底的In0.53Ga0.47As薄膜的迁移率测量结果与理论值符合较好,与真值偏差在20%以内。     

A microstructural comparison of the initial growth of AlN and GaN layers on basal plane sapphire and sic substrates by low pressure metalorganic chemical vapor deposition

The initial growth by low pressure metalorganic chemical vapor deposition and subsequent thermal annealing of A1N and GaN epitaxial layers on SiC and sapphire substrates is examined using high resolution transmission electron microscopy and atomic force microscopy. Growth under low pressure conditions on sapphire substrates is significantly different from that reported for conventional (atmospheric pressure) conditions. Smooth, single crystal A1N and GaN layers were deposited on sapphire in the initial low temperature (600°C) growth step. Interfacial bonding and not lattice mismatch was found to be the determin ing factor for obtaining good crystallinity for the epitaxial layers as indicated by the growth results on SiC substrates.     

蓝宝石晶体高温传感器解调方法研究

为了从蓝宝石晶体高温传感器输出信号中精确解调出温度信息,建立了一套基于离散腔长变换(DGT)的解调系统。从白光偏振干涉原理出发,分析了高斯光源条件下利用DGT解调蓝宝石晶体高温传感器的原理。针对传统傅里叶变换解调数字频率非均匀采样存在误差的缺点,直接对波长均匀采样得到的光谱数据进行DGT,利用DGT幅值谱峰值解调环境温度引起的光程差(OPD)。进而采用加高斯窗法消除光谱仪背景噪声,进一步提高DGT方法的解调精度。在实际的解调系统中对所提出的方法进行了实验,结果表明,在600～1 200℃测温范围,本文方法可以实现温度的精确测量。     

Influence of GaN material characteristics on device performance for blue and ultraviolet light-emitting diodes

An analysis of blue and near-ultraviolet (UV) light-emitting diodes (LEDs) and material structures explores the dependence of device performance on material properties as measured by various analytical techniques. The method used for reducing dislocations in the epitaxial III-N films that is explored here is homoepitaxial growth on commercial hybride vapor-phase epitaxy (HVPE) GaN substrates. Blue and UV LED devices are demonstrated to offer superior performance when grown on GaN substrates as compared to the more conventional sapphire substrate. In particular, the optical analysis of the near-UV LEDs on GaN versus ones on sapphire show substantially higher light output over the entire current-injection regime and twice the internal quantum efficiency at low forward current. As the wavelength is further decreased to the deep-UV, the performance improvement of the homoepitaxially grown structure as compared to that grown on sapphire is enhanced.     

物理气相传输法制备层状MoS2薄膜

以化学气相沉积(CVD)方法在蓝宝石衬底上沉积一层较厚的MoS_2膜作为前驱体,使用物理气相传输(PVT)方法制备了层状MoS_2薄膜。用光学显微镜、扫描电子显微镜、喇曼光谱和光致发光光谱对制备的层状MoS_2膜表面形貌、层数、光学特性进行了研究。分析了源和衬底距离对MoS_2薄膜沉积的影响,发现距离较近有利于成核概率增大,形成连续膜,但是易引入不稳定因素导致立体生长的MoS_2纳米片,同时观察到出现树枝状生长,这是由于前驱体质量过剩引起的部分晶面生长速率过高导致的。喇曼光谱测试表明,薄膜大部分为单层膜和双层膜,有少量的多层膜,膜的光致发光光谱强度与层数有关,单层膜光致发光光谱强度最强。