AlGaN/GaN/InGaN对称分别限制多量子阱激光器的优化设计

采用一维传递矩阵法模拟计算了AlGaN/GaN/InGaN对称分别限制多量子阱激光器(发射波长为396.6nm)的波导特性.以光限制因子、阈值电流密度和功率效率作为优化参量,获得激光器的优化结构参数为:3周期量子阱In0.02Ga0.98N/In0.15Ga0.85N(10.5nm/3.5nm)作为有源层,90nm In0.1Ga0.9N为波导层,120周期Al0.25Ga0.75N/GaN(2.5nm/2.5nm)为限制层.     

InGaN/GaN超晶格垒层用于InGaN发光二极管发光增强研究

设计了InGaN/GaN超晶格垒层替代p-GaN和n-GaN附近传统GaN垒层的InGaN/GaN多量子阱(MQW)发光二极管(LEDs)结构。通过数值方法模拟出两种LED结构的光功率-电压(L-V)曲线、电致发光(EL)谱、能带图、电子浓度分布和辐射复合速率。结果表明InGaN/GaN超晶格替代n-GaN附近GaN垒层的LED结构比替代p-GaN附近GaN垒层的LED显示出更高的发光强度。这种发光增强的原因是InGaN/GaN超晶格替代n-GaN附近GaN垒层可以提高电子注入效率和辐射复合速率。     

AlGaN/GaN/InGaN对称分别限制多量子阱激光器的优化设计

采用一维传递矩阵法模拟计算了AlGaN/GaN/InGaN对称分别限制多量子阱激光器(发射波长为396.6nm)的波导特性.以光限制因子、阈值电流密度和功率效率作为优化参量,获得激光器的优化结构参数为:3周期量子阱In0.02Ga0.98N/In0.15Ga0.85N(10.5nm/3.5nm)作为有源层,90nm In0.1Ga0.9N为波导层,120周期Al0.25Ga0.75N/GaN(2.5nm/2.5nm)为限制层.     

GaN基同型异质结IMPATT二极管噪声特性研究

针对p型GaN IMPATT制造工艺仍未成熟,提出了一种In0.4Ga0.6N/GaN n-n型异质结构来取代常规p-n结构,使GaN IMPATT二极管工作在IMPATT模式下。研究了这种n-n型In0.4Ga0.6N/GaN碰撞电离雪崩渡越时间(IMPATT)二极管的噪声特性,与同等条件下的传统GaN基p-n结IMPATT二极管作比较。结果表明,在不同偏置电流密度和不同InGaN层厚度下,该器件的噪声特性均好于传统p-n结构。结合器件交流输出特性可以得知,In0.4Ga0.6N/GaN同型异质结IMPATT器件不仅在功率效率上优于GaN p-n结构,其噪声性能表现亦优于传统GaN p-n结构,特别是在高频段的噪声特性优势更加明显。该研究可以为GaN基IMPATT器件的设计提供更多的思路和参考。     

闪锌矿GaN(001)表面的电子结构

采用混合基表示的第一原理赝势方法,计算了闪锌矿结构的GaN(001)(1×1)干净表面的电子结构.分析了得到的各原子分态密度、面电荷密度分布以及表面能带结构等性质,比较了GaN(001)的Ga端表面和N端表面两种情况.结果显示,闪锌矿GaN(001)的Ga端表面比N端表面更稳定,这两种(1×1)表面都是金属特性.此外,还讨论了次表面层原子的性质.     

垂直结构GaN基LED的侧壁优化技术

为了提升垂直结构LED提取效率,针对器件侧壁出光的研究越发引起研究人员的关注。由于GaN的高折射率,大部分有源区发出的光线将被限制在GaN层内横向传输。对不同刻蚀倾角侧面的光提取效率进行分析模拟,模拟结果显示,LED的提取效率可以通过侧壁倾斜角度的优化得以提升。实验结果表明,特定侧壁倾角器件的提取效率相比较垂直侧壁提高了18.75%,电致发光光谱测试(EL)结果表明,实验结论与理论计算值基本吻合。本结论对垂直结构GaN基LED器件的优化设计与性能提升有重要指导意义。     

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.     

GaN基绿光LED材料蓝带发光对器件特性的影响

分析比较了在不同外延生长条件下GaN基高In组分绿光LED材料室温和低温10K下光致发光谱中蓝带发光峰,研究了外延结构中p型层蓝带峰发光特性对材料晶体质量和器件电光转换效率的影响.结果表明:通过优化p型层的外延生长条件,可有效降低和消除其蓝带发光峰较之多量子阱主峰的相对强度,有利于提高LED器件特别是高In组分绿光LED器件在同等注入电流条件下的发光功率.     

GaN基绿光LED材料蓝带发光对器件特性的影响

分析比较了在不同外延生长条件下GaN基高In组分绿光LED材料室温和低温10K下光致发光谱中蓝带发光峰,研究了外延结构中p型层蓝带峰发光特性对材料晶体质量和器件电光转换效率的影响.结果表明:通过优化p型层的外延生长条件,可有效降低和消除其蓝带发光峰较之多量子阱主峰的相对强度,有利于提高LED器件特别是高In组分绿光LED器件在同等注入电流条件下的发光功率.     

GaN基LED与Si键合技术的研究

采用金属键合技术结合激光剥离技术将GaN基LED从蓝宝石衬底成功转移到Si衬底上。利用X射线光电子谱(XPS)研究不同阻挡层对Au向GaN扩散所起的阻挡作用,确定键合所需的金属过渡层。利用多层金属过渡层,在真空、温度400℃和加压300 N下实现GaN基LED和Si的键合,通过激光剥离技术将蓝宝石衬底从键合结构上剥离下来,形成GaN基LED/金属层/Si结构。用金相显微镜及原子力显微镜(AFM)观察结构的表面形貌,测得表面粗糙度(RMS)为12.1 nm。X射线衍射(XRD)和Raman测试结果表明,衬底转移后,GaN基LED的结构及其晶体质量没有发生明显变化,而且GaN与蓝宝石衬底间的压应力得到了释放,使得Si衬底上GaN基LED的电致发光(EL)波长发生红移现象。     

Growth of GaN on porous SiC and GaN substrates

We have studied the growth of GaN on porous SiC and GaN substrates, employing both plasma-assisted molecular-beam epitaxy (PAMBE) and metal-organic chemical-vapor deposition (MOCVD). For growth on porous SiC, transmission electron microscopy (TEM) observations indicate that the epitaxial-GaN growth initiates primarily from surface areas between pores, and the exposed surface pores tend to extend into GaN as open tubes and trap Ga droplets. The dislocation density in the GaN layers is similar to, or slightly less than, that observed in layers grown on nonporous substrates. For the case of GaN growth on porous GaN, the overgrown layer replicates the underlying dislocation structure (although considerable dislocation reduction can occur as this overgrowth proceeds, independent of the presence of the porous layer). The GaN layers grown on a porous SiC substrate were found to be mechanically more relaxed than those grown on nonporous substrates; electron-diffraction patterns indicate that the former are free of misfit strain or are even in tension after cooling to room temperature.     

GaN技术发展新趋势

氮化镓(GaN)是第三代半导体的典型代表,受到学术界和产业界的广泛关注,正在成为未来超越摩尔定律所依靠的重要技术之一。对于射频(RF)GaN技术,在电信和国防两大主要应用增长行业,尤其是军用领域对先进雷达和通信系统不断增加的需求,推动了RF GaN器件向更高频率、更大功率和更高可靠性发展。文章梳理了在该领域中GaN RF/微波HEMT、毫米波晶体管和单片微波集成电路(MMIC)、GaN器件空间应用可靠性和抗辐射加固等技术发展的脉络。在功率电子方面,对高效、绿色和智能化能源的需求拉动GaN功率电子、电源变换器向快速充电、高效和小型化方向发展。简述了应用于纯电动与混合动力电动汽车(EV/HEV)、工业制造、电信基础设施等场合的GaN功率器件的研发进展和商用情况。在数字计算特别是量子计算前沿,GaN是具有应用前景的技术之一。介绍了GaN计算和低温电子技术研究的几个亮点。总而言之,对GaN技术发展几大领域发展的最新趋势作了概括性描述,勾画出技术发展的粗略线条。     

GaN HFET的性能退化

在综述大功率AlGaN/GaN HFET性能退化实验结果的基础上,研究了器件退化与电流崩塌间的关联。分析了现有各类器件失效模型的优点和不足之处。通过沟道中强电场和热电子分布的研究,完善了热电子触发产生缺陷陷阱的器件退化模型。使用这一模型解释了实验中观察到的各类性能退化现象,指出优化设计异质结构可以有效减弱GaN HFET的性能退化。最后提出减弱器件性能退化的方法和途径。     

GaN和p型GaN薄膜中声子模和缺陷模的变温喇曼散射

研究了MOCVD生长的GaN及掺Mg GaN薄膜从78到578K下的喇曼散射谱.在GaN和掺Mg GaN的谱中都观察到一个位于247cm-1的峰,此峰被认为是缺陷诱导的散射峰,而非电子散射和Mg的局域模.同时讨论了两个谱中E2和A1(LO)声子峰的频率和线形.在掺Mg GaN样品中观察到应力松弛现象.     

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.     

p型GaN器件欧姆接触的研究进展

Ⅲ-Ⅴ族GaN基材料以其在紫外光子探测器、发光二极管、高温及大功率电子器件方面的应用潜能而被广为研究.低阻欧姆接触是提高GaN基器件光电性能的关键.由于低掺杂和空穴电离等原因,p-GaN上的低阻接触难于制备.制备稳定的P-GaN欧姆接触一直是一个挑战.主要通过对有关英语期刊文献的归纳分析,介绍了近年来在改进P-GaN工艺、提高欧姆接触性能等方面的研究进展.     

立方相GaN的持续光电导

研究了金属有机物化学气相外延 (MOVPE)方法生长的非故意掺杂的立方相 Ga N的持续光电导效应 .在六方相 Ga N中普遍认为持续光电导效应与黄光发射有关 ,而实验则显示在立方 Ga N中 ,持续光电导效应与其中的六方相 Ga N夹杂有关系 ,而与黄光发射没有关系 .文中提出 ,立方相 Ga N与其中的六方相 Ga N夹杂之间的势垒引起的空间载流子分离是导致持续光电导现象的物理原因 .通过建立势垒限制复合模型 ,解释了立方相 Ga N的持续光电导现象的物理过程 ,并对光电导衰减过程的动力学作了分析 .对实验数据拟合的结果证明以上的模型和推导是与实验相符的 .     

Wet thermal oxidation of GaN

Thermal oxidation of GaN was conducted at 700–900°C with O₂, N₂, and Ar as carrier gases for 525–630 Torr of H₂O vapor. Upon oxidation of both GaN powders and n-GaN epilayers, the monoclinic β-Ga₂O₃ phase was identified using glancing angle x-ray diffraction. The chemical composition of the oxide was verified using x-ray photoelectron spectroscopy. In experiments conducted using GaN powder, the oxide grew most rapidly when O₂ was the carrier gas for H₂O. The same result was obtained on n-type GaN epilayers. Furthermore, the thickness of the oxide grown in H₂O with O₂ as the carrier gas was found to be proportional to the oxidation time at all temperatures studied, and an activation energy of 210±10 kJ/mol was obtained. Scanning electron microscopy revealed a smoother surface after wet oxidation than was reported previously for dry oxidation. However, cross-sectional transmission electron microscopy revealed that the wet oxide/GaN interface was irregular and non-ideal for devicefabrication, even more so than the dry oxide/GaN interface. This observation was consistent with poor electrical properties.     

SiC衬底X波段GaN MMIC的研究

使用国产6H-SiC衬底的GaN HEMT外延材料研制出高工作电压、高输出功率的AlGaN/GaN HEMT.利用ICCAP软件建立器件大信号模型,利用ADS软件仿真优化了双级GaN MMIC,研制出具有通孔结构的GaN MMIC芯片,连续波测试显示,频率为9.1～10.1 GHz时连续波输出功率大于10 W,带内增益大于12 dB,增益平坦度为±0.2 dB.该功率单片为第一个采用国产SiC村底的GaN MMIC.     

n型GaN欧姆接触的研究进展

Ⅲ-Ⅴ族GaN基材料以其在紫外光子探测器、发光二极管、高温及大功率电子器件等方面的应用潜能而被广为研究.其中,低阻欧姆接触是提高GaN基器件光电性能的关键.金属/GaN界面上较大的欧姆接触电阻一直是影响器件性能及可靠性的一个问题.对于各种应用来说, GaN的欧姆接触需要得到改进.通过对相关文献的归纳分析,本文主要介绍了近年来在改进n-GaN工艺,提高欧姆接触性能等方面的研究进展.