生长压力对GaN材料光学与电学性能的影响

研究了采用MOCVD技术分别在100与500Torr反应室压力下生长的非故意掺杂GaN薄膜的光学与电学性能。研究表明,低压100Torr外延生长条件可以有效地降低Ga与NH3气相反应造成GaN薄膜的碳杂质沾污,从而抑制造成光致发光中黄光峰与蓝光峰的深受主的形成,所制备的材料表现出较好的光学性能。同时,不同生长压力下的GaN薄膜表现出相异的电学性能,即在500Torr下生长的样品通常表现出更高的载流子浓度（（4.6-6.4）×1016 cm-3）与更高的迁移率（446-561cm2/（V.s））,而100Torr下生长的样品通常表现为更低的载流子浓度（1.56-3.99）×1016 cm-3与更低迁移率（22.9-202cm2/（V.s））。     

氮化工艺对GaN缓冲层生长的影响

以氮等离子体为氮源,以三乙基镓（TEG）为镓源,在蓝宝石（Al2O3）衬底上生长GaN缓冲层。主要考察了氮化温度和氮气流量对缓冲层生长的影响。实验中采用了氢氮混合等离子体清洗的方法,提高了清洗的质量。用X射线衍射来表征晶体的结构,用原子力显微镜来表征表面形貌。通过对高能电子衍射仪获得的缓冲层与氮化层的衍射图样进行比较,对GaN的氮化实验参数进行了优化。     

引入GaN过渡层对Si（111）衬底上生长GaN外延的影响

本文研究了在Si(111)衬底上生长GaN外延层的方法。相比于直接在AlN缓冲层上生长GaN外延层,引入GaN过渡层显著地提高了外延层的晶体质量并降低了外延层的裂纹密度。使用X射线双晶衍射仪、光学显微镜以及在位监测曲线分析了GaN过渡层对外延层的晶体质量以及裂纹密度的影响。实验发现,直接在AlN缓冲层上生长外延层,晶体质量较差, X射线(0002)面半高宽最优值为0.686°,引入GaN过渡层后,通过调整生长条件,控制岛的长大与合并的过程,从而控制三维生长到二维生长过渡的过程,外延层的晶体质量明显提高, (0002)面半高宽降低为0.206°,并且裂纹明显减少。研究结果证明,通过生长合适厚度的GaN过渡层,可以得到高质量、无裂纹的GaN外延层。     

多缓冲层对MOCVD生长的GaN性能的影响

采用多低温缓冲层法和高低温联合缓冲层法在 MOCVD系统上生长 Ga N外延膜 .对薄膜进行了 X射线衍射和光致发光谱 (PL)测试 ,(0 0 0 2 ) X射线摇摆曲线和 PL 谱的半高宽与常规的单低温缓冲层法制备的薄膜相比均有不同程度的改善 .实验结果表明改进的缓冲层法能提高 MOCVD生长的氮化镓外延膜晶体质量     

GaN缓冲层对生长InN薄膜的影响

采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法生长六方相InN薄膜,利用氮化镓(GaN)缓冲层技术制备了高质量薄膜,得到了其能带带隙0.7eV附近对应的光致发光光谱(PL). 通过比较未采用缓冲层,同时采用低温和高温GaN缓冲层,以及低温GaN缓冲层结合高温退火三种生长过程,发现低温GaN缓冲层结合高温退火过程能够得到更优表面形貌和晶体质量的InN薄膜,同时表征了材料的电学性质和光学性质. 通过对InN薄膜生长模式的讨论,解释了薄膜表面形貌和晶体结构的差异.     

GaN缓冲层对生长InN薄膜的影响

采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法生长六方相InN薄膜,利用氮化镓(GaN)缓冲层技术制备了高质量薄膜,得到了其能带带隙0.7eV附近对应的光致发光光谱(PL).通过比较未采用缓冲层,同时采用低温和高温GaN缓冲层,以及低温GaN缓冲层结合高温退火三种生长过程,发现低温GaN缓冲层结合高温退火过程能够得到更优表面形貌和晶体质量的InN薄膜,同时表征了材料的电学性质和光学性质.通过对InN薄膜生长模式的讨论,解释了薄膜表面形貌和晶体结构的差异.     

多缓冲层对MOCVD生长的GaN性能的影响

采用多低温缓冲层法和高低温联合缓冲层法在MOCVD系统上生长GaN外延膜.对薄膜进行了X射线衍射和光致发光谱(PL)测试,(0002)X射线摇摆曲线和PL谱的半高宽与常规的单低温缓冲层法制备的薄膜相比均有不同程度的改善.实验结果表明改进的缓冲层法能提高MOCVD生长的氮化镓外延膜晶体质量.     

势垒材料对GaN基异质结电学特性的影响研究

基于势垒材料分别为Al0.27Ga0.73N和In0.17Al0.83N的GaN基异质结肖特基二极管(SBD),研究了GaN基异质结的漏电流输运机制、二维电子气密度和反向击穿电压等重要电学特性。结果表明,AlGaN/GaN SBD的反向电流主要由Frenkel-Poole(FP)发射机制主导,而InAlN/GaN SBD的反向电流在低电场下表现为FP发射电流,在高电场下则表现为Fowler-Nordheim隧穿电流。InAlN/GaN SBD的异质界面二维电子气密度明显高于AlGaN/GaN SBD,但是InAlN层存在高密度的缺陷,导致InAlN/GaN SBD的反向漏电流较大,且反向击穿电压较低。     

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.     

Influence of crystalline defects on transport properties of GaN grown by ammonia-molecular beam epitaxy and magnetron sputter epitaxy

GaN layers have been grown using an MBE/MSE (molecular beam epitaxy/magnetron sputter epitaxy) dual-mode system. The layers grown by the two techniques exhibited a large difference in crystalline quality and presented a broad spectrum of structural, optical, and transport properties that are useful for an analysis of the role of crystalline defects in GaN epilayers. The model of electron scattering by charged threading dislocations was applied in a theoretical fit of the mobility data. The theoretical fit in combination with x-ray diffraction and photoluminescence studies reveal the correlation between dislocation density, electron mobility, doping characteristics and yellow luminescence.     

Si离子注入和退火温度对GaN黄光的影响

对光致发光谱中无黄光和有强黄光的两组GaN样品作了Si离子注入 ,研究了Si离子注入及退火温度对其黄光的影响 .当退火温度升高时 ,不管是哪一组样品 ,其黄光强度和黄光强度与带边发光带强度之比都是增强的 .无黄光的GaN样品在注入Si离子并经退火后出现明显的黄光 ;而有强黄光的GaN样品经相同处理后 ,其黄光强度较原生样品大大降低 .实验结果表明离子注入加上适当退火会在GaN中引入与黄光有关的深受主缺陷从而使黄光强度增加 ,此外 ,在离子注入过程中GaN表面不仅可以吸附离子注入引入的点缺陷 ,而且还能够吸附GaN中原有的与黄光有关的点缺陷 ,这种吸附作用随离子注入剂量增加而变强 .     

Hydrogen Induced Yellow Luminescence in GaN Grown by Halide Vapor Phase Epitaxy

Strong yellow luminescence (YL) was found in GaN grown by the halide vapor phase epitaxy technique, using an NH₃-HCl-GaCl-N₂-H₂ growth chemistry. The low-temperature (less than 100K) thermal activation energy of the yellow luminescence was determined to be ∼18 meV, which indicates that a shallow donor, rather than a ‘shallow’ acceptor, was involved in observed radiative transition. The temperature dependence of the YL peak energy and the shape of the YL band imply that there are multiple recombination channels involved in the YL band. The ratio of integrated intensity of yellow-to-bandedge luminescence decreased with an increase of HCl (and hence GaCl and growth rate) in the growth ambient.     

热退火对GaN阴极光电发射性能的影响

热退火不但可以减少GaN阴极样品中的各种缺陷和寄生电容,改善材料的结晶属性,而且可以改善样品的表面质量,对提高样品的光谱响应是一种有力的手段。对GaN阴极样品进行了不同温度、不同时间的退火处理,使样品的性能得到了改善,最优条件下样品的暗电流为200 pA,电阻率为1.6Ω·cm,最大光谱响应为0.19 A/W。依据光谱响应作为评估标准,可以得出,采用700℃热退火10 min制备出的阴极具有更高的光电发射性能,从而实现了GaN光电阴极的优化制备工艺。     

GaN基材料生长及其在光电器件领域的应用

GaN具有禁带宽,热导率高,电子饱和漂移速度大和介电常数小等特点,在高度亮发光二极管,短波长激光二极管,高性能紫外探测器和高温,高频,大功率半导体器件等领域有着广泛的应用前景。本文介绍了GaN基半导体材料的制备方法,异质结构以及在光电子和微电子器件领域的应用,并讨论了今后的发展趋势。     

AIN膜及其在半导体光电器件中的应用

本文报道溅射AlN膜及其应用于半导体光电器件的实验研究结果。测定了不同条件下溅射的AlN膜厚度、淀积速率、折射率和击穿电场强度。首次用AlN膜做器件的端面保护和减反射膜以及表面钝化膜均获得成功。几种常用介质膜的实验数据对比分析表明AlN膜在半导体光电器件领域将有广阔应用前景。     

GaN材料键合技术研究进展

GaN材料及其有关光电子器件的研制是近年来光电子研究领域内的研究热点之一,而键合技术又是光电子集成研究领域内一项新的制作工艺。利用键合技术也可以研制出一些新型的光电子器件,这些器件用其他生长技术是不可能实现的。概括地介绍了近年来键合技术在GaN光电子器件及其集成领域内的研究进展和应用情况。