氨热法生长大GaN晶体展望

宽带隙Ⅲ族氮化物（AIN,GaN和InN）器件工艺进展比其大尺寸体单晶材料生长快得多。由于缺乏热和晶格匹配衬底,影响了低成本、低缺陷（低损耗）器件的生产。一个有希望的批量生产大尺寸Ⅲ族氮化物单晶的方法是高压条件下利用超临界氨的氨热技术。已用水热法生长出直径3英寸（0001）ZnO晶体。最近,首次用氨热法生长出直径1英寸（0001）GaN晶体。     

半导体ZnO单晶生长的技术进展

ZnO单晶是一种具有半导体、发光、压电、电光、闪烁等性能的多功能晶体材料。近年来,它在紫外光电器件和GaN衬底材料等方面的应用前景而使其成为新的研究热点。本文综述了ZnO单晶助熔剂法、水热法、气相法等生长技术的研究进展,结合ZnO单晶的化学结构,探讨了该晶体的结晶习性及生长技术发展方向。     

化学溶液法外延组装ZnO分级纳米结构

采用气相法、液相法相结合的方法外延组装了一种形貌新颖的复杂ZnO分级纳米结构--"纳米毛刷".首先用热蒸发的方法制备了宽面为极性面的ZnO纳米带,然后采用化学溶液法,在强碱溶液中在ZnO纳米带的极性面上外延生长Zno纳米棒阵列,实现了ZnO分级纳米结构"由下而上"地外延组装.采用负离子配位多面体生长基元模型讨论了ZnO分级纳米结构的外延组装机理.这种ZnO分级结构的实现,可望作为ZnO纳米器件的原型材料构建新型光电器件.     

射频等离子体分子束外延GaN的极性研究

对采用射频等离子体分子束外延（RF-plasma MBE)生长得到的GaN进行极性研究。由于镓极性（Ga-polar)比氮极性（N－polar)有更好的化学稳定性，通过比较RF－plasma MBE生长得到的不同GaN样品对光辅助湿法刻蚀的稳定性，发现缓冲层生长条件对GaN外延层的极性有着重要影响：较高缓冲层生长温度得到的GaN外延层表现为N－polar，较低缓冲层生长温度得到的GaN外延层表现为Ga-polar。     

ZnO/GaN/Al2O3的X射线双晶衍射研究

以H2O作氧源,Zn(C2H5)2作Zn源,N2作载气,以GaN／Al2O3为衬底采用常压MOCVD技术生长了高质量的ZnO单晶膜。用X射线双晶衍射技术测得其对称衍射(0002)面ω扫描半峰宽(FWHM)为404arcsec,表明所生长的ZnO膜具有相当一致的C轴取向;其对称衍射(0004)面ω-20扫描半峰宽为358arcsec,表明所生长的ZnO单晶膜性能良好;同时,该ZnO薄膜的非对称衍射(1012↑-)面ω扫描半峰宽为420arcsec,表明所生长的ZnO膜的位错密度为10^8cm^-2,与具有器件质量的GaN材料相当。     

氮化镓薄膜的极性

极性纤锌矿结构GaN外薄膜生长时是沿着它的极性轴,主要是[0001]和[0001^1]方向的,而这两个极性方向对薄膜的生长,掺杂以及极性表面的化学特性有着不可忽略的影响,论述了GaN处延薄膜极性的检测和极性对薄膜生长的影响,同时回顾了与之相应的腐蚀,表面结构,晶体生长和器件的近期研究成果。     

ZnO薄膜结构表征的研究现状

ZnO薄膜是继GaN材料之后的另一种具有应用前景的直接宽带隙半导体材料.针对目前对ZnO薄膜结构的分析,综述了ZnO薄膜结构表征的常用方法,着重分析了XRD在ZnO薄膜结构方面的应用.     

新型GaN与ZnO衬底ScAlMgO4晶体的研究进展

二十一世纪以来,以氮化镓(GaN)和氧化锌(ZnO)为代表的第三代宽禁带(E_g>2.3 eV)半导体材料正成为半导体产业发展的核心支撑材料。由于GaN与ZnO单晶生长难度较大,成本较高,常采用外延技术在衬底材料上生长薄膜,因此寻找理想的衬底材料成为发展的关键。相比于传统的蓝宝石、6H-SiC、GaAs等衬底材料,铝镁酸钪(ScAlMgO₄)晶体作为一种新型自剥离衬底材料,因其与GaN、ZnO具有较小的晶格失配(失配率分别为～1.4%和～0.09%)以及合适的热膨胀系数而备受关注。本文从ScAlMgO₄晶体的结构出发,详细介绍了其独特的三角双锥配位体结构与自然超晶格结构,这是其热学性质与电学性质的结构基础。此外,ScAlMgO₄晶体沿着c轴的层状结构使其具有自剥离特性,大大降低了生产成本,在制备自支撑GaN薄膜方面具有良好的市场应用前景。然而ScAlMgO₄原料合成难度较大,晶体生长方法单一,主要为提拉法,且与日本存在较大的差距,亟需开发新的高质量、大尺寸ScAlMgO     

退火温度和ZnO缓冲层对氨化Ga2O3/ZnO薄膜合成GaN纳米结构的影响

利用射频磁控溅射法在Si(111)衬底上先溅射ZnO缓冲层,再溅射Ga2O3薄膜,然后在开管炉中不同温度下通氨气进行氨化反应生长GaN薄膜.分析结果表明,利用该方法制备的GaN薄膜是六角纤锌矿多晶结构,并且随着氨化温度的升高,GaN薄膜向棒状和线状形态转变.同时分析了ZnO缓冲层对形成GaN纳米结构的影响.     

荧光衬底可望用于生产无磷光体LED

由于GaN衬底缺乏，难以生产高质量GaN外延材料。解决这一问题的较好办法之一是使用ZnO衬底，这是因为：ZnO衬底与外延层之间有较好的晶格匹配而且它可设计出新的器件结构。ZnO与GaN、InGaN有相同的六角晶体结构，其结晶学空间群同为“P63mc”。GaN与ZnO之间的晶格失配为2．2％，而ZnO与InGaN（In组份18％时）之间是完全匹配的。     

氧化锌压敏陶瓷中氧化锌晶粒极性生长现象的研究

发现了ZnO压敏陶瓷中的锥状或柱状“突起物”现象.通过能谱发现“突起物”的物质构成是ZnO,而且是ZnO晶粒生长形成的实体,并非气体在ZnO中形成的气泡.进一步论证了这种现象是ZnO极性生长造成的,并从内因和外因两个方面进行了分析.内因是ZnO的极性晶格结构和结晶形态,外因是ZnO压敏陶瓷中Bi₂O₃液相提供了极性生长得以显现的物化环境,并且通过单独添加Bi₂O₃的97mol%ZnO+3mol%Bi₂O₃配方和100mol%纯ZnO配方制备样品进行对比实验,验证了Bi₂O₃的作用.     

N-polar GaN上的欧姆接触:材料制备、金属化方案与机理

氮极性(N-polar)GaN与镓极性(Ga-polar)GaN极性相反,且具有较高的表面化学活性,使其在光电子、微电子及传感器等领域逐渐受到关注。文章结合一些相关研究报道,综述了N-polar GaN上欧姆接触的研究进展。首先对N-polar GaN材料的制备进行了分析,随后对N-polar GaN的欧姆接触电极的金属化方案及欧姆接触机理等内容进行了综合讨论,以期为实际N-polar GaN欧姆接触研究提供一些参考。     

ZnO材料和器件新进展

在体单晶生长方面，已能用水热法生长高质量3英寸ZnO晶片，也开发了布里支曼生长法。对于薄膜材料，可用液相外延生长出良好的ZnO薄层，其它类型的外延材料质量也在改进。已观察到量子霍尔效应，光荧光（PL）线宽窄至110ueV。在其杂质表征方面，已用放射性示踪法识别出PL谱中施主束缚激子线18和19，分别由杂质Ga和In所致。     

Si(111)衬底上HVPE GaN厚膜生长

在Si(111)衬底上,以MOCVD方法高温外延生长的AIN为缓冲层,使用氮化物气相外延(HVPE)方法外延生长了15Km的c面GaN厚膜.并利用X射线衍射(XRD)、光致发光谱(PL)、拉曼光谱(Raman)等技术研究了GaN厚膜的结构和光学性质.分析结果表明,GaN厚膜具有六方纤锌矿结构,外延层中存在的张应力较小,...     

HVPE生长基座结构优化

GaN氢化物气相外延(HVPE)生长过程中,衬底表面的温度分布对其生长质量有着重要影响。我们采用计算机模拟,研究了GaN生长过程中所使用的不同结构石墨基座上的温度分布。根据所得不同结构下基座上的温度分布,选择衬底上温度分布最均匀的结构与普通实验使用的基座结构进行实验对比。结果发现,在实际的大流量载气的GaN生长中,采用优化的圆弧凹面结构石墨基座实验组的GaN晶体外延层的生长速率、生长质量和均匀性等比普通方法生长的更好。本文得到的不同HVPE生长环境下的基座结构优化设计方案,为HVPE炉体的设计和氮化物生长具有很好的指导意义。     

GaN/ZnO复合体的制备及光催化性能

首先用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为表面活性剂, 硝酸镓[Ga(NO₃)₃]作为镓源, 采用溶胶-凝胶法制备了GaN粉末。然后通过固相法将GaN粉末和ZnO粉末按不同配比机械混合, 制备成GaN/ZnO复合体。采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱 (EDS)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和发致光谱(PL)表征GaN/ZnO复合体的微结构、形貌、成分和发光特性, 并将其作为催化剂进行降解亚甲基蓝水溶液的光催化性能测试。结果表明: GaN/ZnO复合体对比未经复合的GaN和ZnO粉末, 光催化性能有明显的增强。基于一级动力学方程分析, 当GaN/ZnO复合体中GaN粉末和ZnO粉末含量配比为1: 2时, 光催化性能达到最佳, 其速率常数k值为0.11 min^-1。     

氧离子束辅助激光淀积生长ZnO/Si薄膜深度剖析

对于在Si(111)上用氧离子束辅助(O -assisted)脉冲激光淀积(PLD)生长的ZnO薄膜,用X射线光电子能谱(XPS)深度剖析方法对长成的样品进行了异位测试,分析了导致各峰峰位能移的因素;通过异位与原位XPS谱图的比较,指出O -assisted PLD法生成的ZnO薄膜中存在孔隙;指出生长出的ZnO薄膜中含si成分的厚度不超过18 nm;同时探讨了在长成的ZnO/Si上继续生长GaN薄膜的可行性.     

GaN—MOCVD设备产业化发展战略研究——Ⅲ族氮化物半导体的热点、难点、机遇和挑战

以氮化镓(GaN)为代表的Ⅲ族氮化物半导体材料已经成为世界范围的研究热点。但是，采用异质外延法生长的GaN，由于衬底材料晶格失配和热失配而存在高密度的位措缺陷和产生龟裂；外延生长所用的源材料之间存在严重的气相预反应以及M0源对氧和水份等杂质十分敏感，因而外延质量和成县率强烈依赖于设备性能和工艺条件。无论是设备还是工艺，都还存在很大的发展空间和机遇，预料3年～5年内国外将推出每批几十片的商用机型，我国相关设备制造和器件开发面临严峻挑战。     

横向过生长 (LEO)外延 GaN材料及其生长机理

由于没有合适的衬底材料与之匹配，使外延生长的GaN材料缺陷密度很大，从而限制了它的应用。采用LEO（横向过生长外延）技术能使缺陷密度降低3－4个数量级,可生长出高质量的GaN材料。本文简要介绍了应用LEO技术生长GaN材料的现状及对生长机理研究的进展。     

Si基ZnO缓冲层溅射Ga2O3氨化反应生长GaN薄膜

利用射频磁控溅射法在Si（111）衬底上先溅射ZnO缓冲层,再溅射Ga2O3薄膜,然后在开管炉中分别以850℃,900℃,950℃和1 000℃等温度及常压下通氨气进行氨化,反应生长GaN薄膜.利用该方法制备的GaN薄膜是沿c轴方向择优生长的六角纤锌矿多晶结构,并且随着氨化温度的升高,GaN向棒状和线状形态生长.