氢化物气相外延氮化镓衬底的制备研究

目前异质外延技术能够得到较高质量的氮化镓(GaN)薄膜,衬底普遍采用蓝宝石、碳化硅以及硅等.各种技术包括缓冲层、外延横向生长技术、悬挂外延技术等是目前最重要的制备氮化镓技术.氢化物气相外延(HVPE)是制备氮化镓衬底最有希望的方法之一.本文介绍了氮化镓材料的电学、光学性质及重要用途,总结了氮化镓体单晶及薄膜材料制备方法,描述了氢化物气相外延原理,分析了HVPE制备自支撑(FS)GaN衬底方法,综述了HVPE技术国内外研究进展.     

低速高电荷态重离子在GaN单晶中引起的辐照损伤研究

利用Rutherford沟道背散射分析研究了低速高电荷态重离子(Xe26 )在氮化镓(GaN)晶体中辐照损伤的产生对剂量的依赖关系,比较了垂直照射和60°倾斜照射的差异.基于"库仑爆炸"模型对结果进行了解释.     

AlGaN/GaN HFET的优化设计

从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发研究了不同掺杂方式下异质结能带和二维电子气的行为。发现掺杂能剪裁异质结能带的弯曲度、控制电子气的二维特性和浓度。在此基础上研究了不同掺杂方式的掺杂效率。通过掺杂和势垒结构的优化设计,得出了用δ掺杂加薄AlN隔离层的结构,既提高了电子气浓度,又保持电子气的强二维特性。从电子气浓度和栅对电子气的控制力度出发,提出了HFET势垒优化设计中的电子气浓度与势垒层厚度乘积规则。依据二维表面态理论,研究了表面态随帽层掺杂结构的变化。从前述乘积规则和表面态变化出发进行了内、外沟道异质结构的优化设计。优化结构既提高了电子气浓度和跨导,降低了欧姆接触电阻,又抑制了电流崩塌。     

p型氮化镓退火及发光二极管研究

对金属有机物化学气相淀积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上生长的p型氮化镓(p-GaN)在氮气气氛下的热退火进行研究。用Hall测试系统测量不同温度、不同时间退火后样品的电学性能;对一组蓝光LEDs分别进行不同退火温度、退火时间实验,对退火前后量子阱峰值强度半高宽和积分面积变化进行了比较研究。实验表明p-GaN在825°C、8min条件下退火可以取得较高的空穴浓度,而LED在750°C、30min退火可以使量子阱的半高宽展宽较小,积分强度降低百分比小,而且LED芯片正向电压也较小。     

陀螺状氮化镓基材料的制备和表征

以碳球为硬模板,通过溶剂热与NH3后处理相结合的方法合成出了具有陀螺状结构形貌的Ga0.97N0.9O0材料.通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线能谱(EDS)对所制备的样品进行了表征,同时对其生长机理进行了简要的探讨.     

基于薄膜SOI材料的GaN外延生长应力释放机制

本文研究了SOI衬底上采用MOCVD方法生长GaN材料的应力释放机制.采用SIMOX工艺制备的具有薄膜顶层硅的SOI材料作为外延生长的衬底材料,采用MOSS在位检测系统以及拉曼测试作为GaN内部应力的表征手段.结果表明,SOI材料对硅基GaN异质外延中的晶格失配应力和热应力的释放都有显著作用.薄膜SOI材料通过顶层硅与外延层的界面滑移,将一部分晶格失配应力通过界面的滑移释放,并且通过柔性薄膜顶层硅自身的应力吸收作用,将一部分热失配应力转移到衬底,从而有效地降低了GaN外延层的张应力.     

喷淋式GaN-MOCVD反应室的CFD数值仿真及优化

利用计算流体力学(CFD)方法对某型立式喷淋式金属有机物化学气相沉积(MOCVD)反应室流场进行了三维数值仿真,研究了影响MOCVD反应室流场结构的各工作参数(流量、温度、压力)的作用机制,并对试制中的MOCVD设备的几何结构及进气方式进行了改进,采用了圆弧形过渡拐角及泊肃叶型入口速度剖面,以形成稳定均匀的流场,从而保证氮化镓(GaN)的生长质量。     

我国氮化镓蓝光半导体激光器研究获重大突破

由中国科学院半导体研究所研发的氮化镓蓝光半导体激光器取得重大突破，首次实现室温连续激射的氮化镓半导体蓝光激光器研制成功。这是继2004年由半导体所首次在中国大陆实现氮化镓激光器脉冲激射后的又一个重大突破，标志着我国氮化镓（GaN）基蓝光半导体激光器研究向产品化、产业化迈出了极为关键和坚实的一步。     

SiC衬底AlGaN/GaN HEMT的热分析与测试

对SiC衬底AlGaN/GaN HEMT的结温进行了理论计算与实测。计算中考虑了衬底材料热导率随温度的变化以及器件源、漏电阻上的热损耗,不同耗散功率下的理论计算与红外显微镜实测结果比较表明,两者相差最大不超过10℃。由于理论计算结果是在解析解的基础上运用计算机迭代计算获得,所耗时间较短,故这一结果对于改善器件结构以提高AlGaN/GaN HEMT及其MMIC电路的性能将有较大帮助。     

钝化膜提高GaN基LED光提取效率研究

模拟计算了光的入射角度与反射率的关系,当光的入射角度大于23°时,发生全反射,无论是否在器件表面生长增透膜,这时的光都无法从器件顶部出射表面提取出来。研究了使用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在已经制备了n电极和p电极的GaN基LED上制备钝化膜,分析了SiON和SiN_x膜沉积对于器件的光输出功率的影响。通过实验证明,在器件上沉积SiON后,光输出功率增加。