GaN器件需要更好的衬底

根据市场研究公司Stragegies Unlimited最近发表的报告“GaN基器件衬底:性能比较与市场评估”,蓝—紫激光二极管、紫外LED以及高功率RF器件日益增长的需求将为先进衬底如GaN和AlN提供巨大的市场机遇,GaN和AlN将是提供晶格匹配和热特性用的制造高性能器件所必不可少的。根据市场     

射频磁控溅射生长C轴择优取向AIN压电薄膜

采用射频磁控反应溅射工艺，在Si（400）衬底上制备了高c轴取向的AlN薄膜。用X射线衍射仪（XRD）分析了薄膜特征。研究了不同的Ar／N2比、衬底偏压、工作压强对AlN薄膜c轴择优取向的影响。研究了AlN薄膜在以氮终止的硅衬底和纯净硅衬底两种表面状态的生长机制，发现在以氮终止的硅衬底表面生长的AlN薄膜非常容易得到c轴择优取向的AlN薄膜。     

营养治疗对门诊血液透析患者的作用

利用中频磁控反应溅射技术在玻璃衬底上制备氮化铝(AlN)薄膜,并经退火处理.利用X-衍射和原子力显微镜分析了AlN薄膜的结构及表面形貌.结果表明,衬底温度和退火工艺对AlN薄膜的结构和表面形貌有重要影响.研究表明,衬底温度为230 ℃时,AlN薄膜的表面粗糙度最小,退火能减小AlN薄膜表面粗糙度.     

基于AlN膜钝化层的高功率垂直腔面发射激光器

高功率垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)内部的自生热是影响器件功能的重要因素,为改善器件的散热性能,采用AlN膜做钝化层研制了基于AlN膜钝化层的980 nm高功率VCSEL器件。对高功率VCSEL进行模拟仿真与理论分析表明,采用AlN膜钝化层可以改善器件内部的温度分布,降低器件的热阻,提高器件的散热能力;采用相同的外延片与工艺实验制备了出光孔径同为200μm的AlN膜钝化层和传统的SiO2膜钝化层的高功率VCSEL器件;对两种不同的钝化层的器件性能进行了实验对比测试,结果表明AlN膜钝化层的高功率VCSEL器件室温下的最大输出功率可达470 mW,比同温度下SiO2膜钝化层的高功率VCSEL器件的最大输出功率高140 mW。AlN膜钝化层的高功率VCSEL在外界温度80℃时,仍能正常激射,具有良好的温度适应性与光电性能。     

GaAs/AlN异构集成太赫兹倍频器芯片

针对太赫兹GaAs肖特基二极管倍频器芯片散热能力差导致输出功率低的问题,开展了GaAs/AlN异构集成太赫兹倍频器芯片研究。通过稳态热仿真发现,将肖特基二极管芯片衬底由GaAs替换为热导率更高的AlN可以降低结温。对芯片衬底替换工艺开展了研究,获得了GaAs/AlN异构集成太赫兹二极管。分别对基于GaAs衬底二极管和基于GaAs/AlN异构集成二极管的162 GHz倍频器开展功率性能测试对比。测试结果表明:装配GaAs衬底二极管的倍频器输入功率为200 mW时,输出功率最高为43.6 mW;而装配GaAs/AlN异构集成二极管的倍频器输入功率提高到316 mW,输出功率为72.4 mW。肖特基二极管由GaAs衬底替换为AlN衬底后耐受功率(输入功率)提高了约58%,倍频效率由21.8%提升至22.9%,输出功率也相应提升,验证了相比GaAs衬底肖特基二极管,GaAs/AlN异构集成太赫兹二极管的散热性能及耐受功率具有明显的优越性。     

低温下磁控溅射AlN薄膜择优取向研究

研究了衬底温度从-20~20 ℃下射频磁控溅射AlN薄膜的择优取向程度。利用X线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）和场发射电子显微镜（FESEM）对AlN薄膜的晶体结构、粗糙度及表面和断面形貌进行了分析。研究结果表明,当衬底温度低于0 ℃时,AlN薄膜中的（100）衍射峰消失,AlN薄膜以（002）面择优取向生长。当衬底温度降低时,AlN薄膜的晶粒大小和表面粗糙度减小。AlN薄膜在0 ℃下沉积具有最佳的择优取向程度和较低的表面粗糙度。     

AlN薄膜制备技术研究

采用磁控溅射法制备了AlN薄膜并研究了射频(RF)等离子清洗对AlN薄膜结晶取向度的影响,实验表明,RF等离子清洗基片3min后AlN薄膜c轴取向摇摆曲线半峰宽达到1.3°;通过Mo薄膜衬底对AlN薄膜结晶取向度的影响发现,取向度好的Mo薄膜衬底有利于c轴取向AlN薄膜的生长;Ar气体流量对AlN薄膜应力的影响使AlN薄膜应力从-390(压应力)~73 MPa(张应力)可调。     

蓝宝石图形衬底上利用AlN缓冲层生长高质量GaN

在图形化衬底上以AlN作为缓冲层生长高质量的GaN薄膜,国内相关的报道较少。通过引入两步缓冲层生长方法,在蓝宝石图形衬底上生长基于AlN缓冲层的高质量GaN薄膜,利用低温AlN层生长时内部的缺陷,选择性进行腐蚀,形成衬底与外延层界面间的侧向倒斜角,提高光萃取效率;同时在其上继续生长高温AlN,为后续GaN薄膜提供高质量模板。从外延角度出发,以表面形貌及其上生长的GaN薄膜的晶体质量为衡量依据,优化了低温AlN缓冲层以及高温AlN缓冲层的生长参数,优化后LED样品在20 mA测试电流下的光输出功率较参考样品提升了4%。     

蓝宝石衬底上原子级光滑AlN外延层的MOCVD生长

在蓝宝石衬底表面无氮化、低Ⅴ/Ⅲ比的情况下,采用1200℃的衬底温度、5kPa反应室气压,用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长出了表面原子级光滑的AlN外延层.原子力显微镜测试表明其平均粗糙度为0.44nm,X射线衍射(0002)回摆曲线FWHM为166".实验结果和分析表明,极性和气相反应是影响AlN表面形貌的主要原因.以原子级光滑的AlN为模板生长出了高质量的高Al组分的n型AlGaN,证实了AlN模板具有较好的质量.     

蓝宝石衬底上原子级光滑AlN外延层的MOCVD生长

在蓝宝石衬底表面无氮化、低Ⅴ/Ⅲ比的情况下,采用1200℃的衬底温度、5kPa反应室气压,用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长出了表面原子级光滑的AlN外延层.原子力显微镜测试表明其平均粗糙度为0.44nm,X射线衍射(0002)回摆曲线FWHM为166".实验结果和分析表明,极性和气相反应是影响AlN表面形貌的主要原因.以原子级光滑的AlN为模板生长出了高质量的高Al组分的n型AlGaN,证实了AlN模板具有较好的质量.     

用脉冲激光沉积方法制备氮化铝薄膜

介绍了用脉冲激光沉积 (PLD)方法制备AlN薄膜的工作 ,在Si(10 0 )衬底上得到了光滑平整、透明度高的AlN薄膜 ,由实验结果拟合得到能隙宽度为 5 7eV。考察了衬底温度和退火温度的影响。     

Si(111)和Si(100)衬底上磁控反应溅射制备AlN薄膜

采用射频磁控反应溅射法在Si(111)和Si(100)两种衬底上制备了AlN薄膜,用X射线衍射(XRD)对AlN薄膜进行了表征,研究了衬底Si(111)、Si(100)取向以及N2百分比对AlN(002)薄膜c-轴择优取向的影响。实验结果表明,Si(100)较适合生长c-轴择优取向AlN薄膜,而且N2百分比为40%时,AlN薄膜的c-轴取向最好,具有尖锐的XRD峰,此时对应于AlN(002)晶向。计算了(002)取向AlN和两种Si衬底的失配度,Si(111)面与AlN(002)面可归结为正三角形晶系之间的匹配,失配度为23.5%;而Si(100)面与AlN(002)面可归结为正方形晶系与正三角形晶系之间的匹配,失配度为0.8%,可以认为完全共格。理论分析和实验结果相符。     

AlN单晶衬底的制备及研究进展

氮化铝(AlN)作为直接带隙半导体且禁带宽度为6.2 eV,使其在深紫外光电子器件(如半导体激光器、日盲光探测器等)、高频大功率射频器件等领域具有广泛的应用前景,而高性能器件的实现需要高质量AlN衬底作为基础.对AlN材料的基本性质进行了阐述,着重对AlN单晶衬底的制备方法进行了介绍:物理气相传输法(PVT)、氢化物气...     

高温形核层对蓝宝石衬底AlN薄膜质量的影响

采用两步生长模式的金属有机化学气相沉积方法在蓝宝石衬底上外延生长AlN薄膜,通过高分辨X射线衍射和原子力显微镜分析方法,研究发现蓝宝石衬底上外延生长的AlN薄膜晶体质量与高温AlN形核层的形核密度及晶粒大小密切相关,而形核密度决定于高温AlN形核层的初始铝体积流量,晶粒的大小取决于其厚度。优化了高温AlN形核层的初始铝体积流量和厚度等工艺参数。当高温AlN形核层的初始铝体积流量为30 cm3/min、生长时间为9 min时,高温AlN形核层的形核密度和晶粒大小最优,外延生长的AlN薄膜位错密度最低,表面最平整,晶体质量最好。     

Si衬底GaN外延材料六角形缺陷分析

通过改变AlN形核层的生长温度分别在Si(111)衬底上生长了两个GaN样品,并对GaN外延材料表面的六角形缺陷进行了分析研究。通过显微镜和扫描电镜(SEM)观测发现,AlN形核层在高温下生长时,GaN材料表面会产生大量六角形缺陷。通过电子能谱(EDS)分析得出GaN六角形缺陷中含有大量的Si元素以及少量的Ga和Al元素,其中Si元素从Si衬底中高温扩散而来。在降低AlN形核层的生长温度后,GaN材料表面的六角形缺陷随之消失。表明AlN形核层在较低的温度下生长时可以有效地抑制Si衬底表面Si原子的扩散,减少外延层中由于衬底Si反扩散引起的缺陷。     

通过双中温AlN插入层提高半极性(1122)面AlN薄膜的表面形貌和晶体质量

利用金属有机化学气相沉积方法在蓝宝石衬底上生长了一系列具有双中温AlN插入层(MTG-AlN)的半极性AlN薄膜样品。中温生长的AlN插入层具有较大的表面粗糙度,形成了类似纳米级图形化衬底结构,能够有效阻断高温生长的半极性AlN样品中堆垛层错的传播,从而提高半极性AlN样品的表面形貌和晶体质量。通过原子力显微镜和X射线衍射仪的表征,研究了MTG-AlN插入层厚度在20～100 nm之间的变化对半极性AlN样品的表面形貌和晶体质量的影响。结果表明,所有半极性AlN样品都具有■取向。当插入的MTG-AlN中间层厚度约为80 nm时,半极性AlN样品表面粗糙度显著降低,晶体质量明显改善。     

氮氩体积流量比对AlN薄膜生长取向、晶体质量及沉积速率的影响及机理分析

采用反应磁控溅射法,在溅射气压、溅射功率和衬底温度恒定的条件下,通过调控氮氩体积流量比,在单晶Si衬底上制备AlN薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)研究氮氩体积流量比对AlN薄膜的生长取向、晶体质量及沉积速率的影响规律并分析其机理。结果显示,提高氮氩体积流量比有利于AlN薄膜(002)择优取向的生长,但过高的氮氩体积流量比会降低薄膜的沉积速率。在溅射气压为5 mTorr(1 Torr=133.3 Pa)、溅射功率为500 W、衬底温度为200℃、氮氩体积流量(cm³/min)比为14∶6时,在单晶Si衬底上可以制备出质量较好的,具有良好(002)择优取向的AlN薄膜。研究结果可为反应磁控溅射制备高质量AlN薄膜提供工艺参数设置规律指导。     

衬底温度对反应磁控溅射制备AlN压电薄膜的影响

采用反应磁控溅射法在Si(111)衬底上沉积了AlN薄膜。XRD分析表明,在5种温度下,AlN均以(100)面取向,衬底温度的提高有利于薄膜结晶性的改善,在600℃以上时AlN中Al—N0键断裂,仅出现(100)衍射峰。AFM分析显示,在600℃时平均晶粒尺寸90nm,Z轴最高突起仅为23nm。     

AlN缓冲层厚度对脉冲激光沉积技术生长的GaN薄膜性能的影响

在蓝宝石(Al2O3)衬底上应用脉冲激光沉积技术(PLD)生长不同厚度的AlN缓冲层后进行GaN薄膜外延生长。采用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)和扫描电子显微镜(SEM)对外延生长所得GaN薄膜的晶体质量和表面形貌进行了表征。测试结果表明:相比直接在Al2O3衬底上生长的GaN薄膜,通过生长AlN缓冲层的GaN薄膜虽然晶体质量较差,但表面较平整;而且随着AlN缓冲层厚度的增加,GaN薄膜的晶体质量和表面平整度均逐渐提高。可见,AlN缓冲层厚度对在Al2O3衬底上外延生长GaN薄膜的晶体质量和表面形貌有着重要的影响。     

AlN缓冲层厚度对脉冲激光沉积技术生长的GaN薄膜性能的影响

在蓝宝石(Al2O3)衬底上应用脉冲激光沉积技术(PLD)生长不同厚度的AlN缓冲层后进行GaN薄膜外延生长。采用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)和扫描电子显微镜(SEM)对外延生长所得GaN薄膜的晶体质量和表面形貌进行了表征。测试结果表明: 相比直接在Al2O3衬底上生长的GaN薄膜, 通过生长AlN缓冲层的GaN薄膜虽然晶体质量较差, 但表面较平整; 而且随着AlN缓冲层厚度的增加, GaN薄膜的晶体质量和表面平整度均逐渐提高。可见, AlN缓冲层厚度对在Al2O3衬底上外延生长GaN薄膜的晶体质量和表面形貌有着重要的影响。