掺碳氮化镓的光学性质

利用喇曼光谱和光致发光谱,对采用氢化气相外延淀积方法在MOCVD GaN衬底上生长的掺碳GaN样品的光学性质进行了研究.结果发现C3H8流量的增加导致载流子浓度的升高,喇曼谱出现蓝移,E1(LO)声子的Raman强度变弱.同时光致发光谱中蓝光带和黄光带发光强度随着掺碳浓度的增加先增强后减弱,这与掺杂碳的自补偿效应有关.高碳掺杂量的GaN材料的结构与光学性质均显著下降.     

掺碳氮化镓的光学性质

利用喇曼光谱和光致发光谱,对采用氢化气相外延淀积方法在MOCVD GaN衬底上生长的掺碳GaN样品的光学性质进行了研究.结果发现C3H8流量的增加导致载流子浓度的升高,喇曼谱出现蓝移,E1(LO)声子的Raman强度变弱.同时光致发光谱中蓝光带和黄光带发光强度随着掺碳浓度的增加先增强后减弱,这与掺杂碳的自补偿效应有关.高碳掺杂量的GaN材料的结构与光学性质均显著下降.     

SiNx 掩膜对GaN 外延薄膜性质的影响

研究了纳米量级的多孔 SiNx 插入层的生长位置对高质量GaN外延薄膜性质的影响。测量结果表明：当把SiNx 插入层生长在GaN 粗糙层上,能够得到最好的晶体质量;SiNx 插入层的生长位置对GaN 薄膜的应变大小基本没有影响;然而,插入层的位置改变了薄膜中的本征载流子浓度。     

石墨烯上生长GaN纳米线的研究

在常压条件下采用化学气相淀积(CVD)技术在有石墨烯插入层的衬底上生长GaN纳米线,研究了生长温度、石墨烯插入层、催化剂等因素对GaN纳米线的形貌、光学特性以及结构的影响.通过扫描电子显微镜(SEM)、光致发光(PL)谱、拉曼(Raman)谱和透射电子显微镜(TEM)等表征手段对GaN纳米线的形貌、光学特性以及结构进行表征.结果表明,在1 100℃条件下,同时有石墨烯插层和催化剂的衬底表面能够获得低应力单晶GaN纳米线.石墨烯、催化剂对于获得低应力单晶GaN纳米线有重要的作用.     

ZnAl2O4/α-Al2O3衬底上GaN的生长

研究了直接在ZnAl2O4/α-Al2O3衬底上用MOCVD法一步生长GaN薄膜．利用脉冲激光淀积法在α-Al2O3衬底上淀积了高质量ZnO薄膜,对ZnO/α-Al2O3样品在1100℃退火得到了具有ZnAl2O4覆盖层的α-Al2O3衬底,并在此复合衬底上利用光加热低压MOCVD法直接生长了纤锌矿结构GaN．X射线衍射谱表明反应得到的ZnAl2O4层为（111）取向．扫描电子显微镜照片显示随退火时间从小于30min增加到20h,ZnAl2O4表面由均匀的岛状结构衍变为突起的线状结构,相应的GaN X 射线衍射谱表明GaN由c轴单晶变为多晶,单晶GaN的摇摆曲线半高宽为0.4°．结果表明薄ZnAl2O4覆盖层的岛状结构有利于GaN生长初期的成核,从而提高了GaN的晶体质量．     

采用AlN/SiNx钝化的高性能AlGaN/GaN HEMTs

两种不同的钝化层结构被应用到势垒层厚度为12 nm的AlGa/GaN 高电子迁移率场效应晶体管中。首先采用等离子增强原子层沉积(PEALD)技术生长5 nm的AlN薄膜,然后再覆盖50 nm的等离子增强化学气相淀积(PECVD)生长的SiNx。相比于传统的SiNx钝化,AlN钝化层的插入更有效地抑制了电流崩塌效应,同时获得了小的亚阈值斜率(SS)。AlN钝化层的插入增大了器件的射频跨导从而获得了较高的截止频率。另外,通过变温直流特性测试发现,AlN/SiNx钝化的器件在高温时饱和电流和最大跨导的衰退相对于仅采用SiNx钝化的器件都要小,表明AlN钝化层的插入改善了器件的高温稳定性。     

基于Si3N4掩模的太阳电池选择性掺杂工艺研究

设计了基于Si3N4掩模的太阳电池选择性掺杂工艺,并对其工艺参数进行了仿真优化。选择性掺杂电池的一次掺杂条件为仿真所得最佳非选择性掺杂电池的工艺参数。运用SILVACO软件分别对选择性掺杂的时间、预淀积浓度和温度进行了仿真研究。仿真结果表明,随着选择性掺杂的预淀积浓度的增加,光谱响应率先增加后降低;随着扩散温度和扩散时间的增加,电池的光谱响应率逐渐减小。所得最佳选择性掺杂工艺参数为预淀积磷硅玻璃杂质浓度1×1019 cm-3、扩散温度800℃、扩散时间5min。     

原位退火对HVPE生长的GaN外延层光学性质和结构的影响

研究了原位退火对用氢化物外延方法在(0001)面蓝宝石衬底上生长的氮化镓(GaN)外延薄膜的结构和光学性能的影响.测试表明,氨气气氛下在生长温度进行的原位退火,明显提高了GaN外延膜的质量.X射线衍射(XRD)分析表明,随着原位退火时间的增加,(0002)面和(1012)面摇摆曲线的半峰宽逐渐变窄.喇曼散射谱显示样品退火后E2(high)峰位向低频区移动;随着退火时间的延长,趋向于块状GaN的峰位.可见,原位退火使GaN外延膜中的双轴应力明显减少.光致发光的测试结果与XRD和喇曼散射谱的结论一致.表明原位退火能有效提高GaN外延膜的结构和光学性能.     

原位退火对HVPE生长的GaN外延层光学性质和结构的影响

研究了原位退火对用氢化物外延方法在(0001)面蓝宝石衬底上生长的氮化镓(GaN)外延薄膜的结构和光学性能的影响.测试表明,氨气气氛下在生长温度进行的原位退火,明显提高了GaN外延膜的质量.X射线衍射(XRD)分析表明,随着原位退火时间的增加,(0002)面和(1012)面摇摆曲线的半峰宽逐渐变窄.喇曼散射谱显示样品退火后E2(high)峰位向低频区移动;随着退火时间的延长,趋向于块状GaN的峰位.可见,原位退火使GaN外延膜中的双轴应力明显减少.光致发光的测试结果与XRD和喇曼散射谱的结论一致.表明原位退火能有效提高GaN外延膜的结构和光学性能.     

SiNx插入层对Si衬底上生长GaN薄膜晶体质量和表面形貌的影响

在Si(111)衬底上采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)技术外延生长GaN薄膜,对外延生长所得GaN薄膜的晶体结构和表面形貌进行表征,并研究SiNx插入层对GaN薄膜的晶体质量和表面形貌的影响.结果表明,在Si衬底上生长GaN薄膜过程中引入SiNx插入层可使GaN薄膜的(10-12)面的X-射线回摆曲线的半峰宽(FWHM)值从974.01减小到602.01arcsec;表面凹坑等缺陷减少、表面平整度提高.可见,SiNx插入层对在Si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.     

Si(111)衬底上GaN外延材料的应力分析

对Si(111)衬底上GaN外延材料的应力随着低温AlN插入层数的变化进行了分析研究。通过喇曼散射谱在高频E2(TO)模式下的测试分析发现,随着低温AlN插入层数的增加,GaN材料的E2(TO)峰位逐渐接近体GaN材料的E2(TO)峰位(无应力体GaN材料的E2(TO)峰位为568cm-1),计算得出GaN材料的应力从1.09GPa减小到0.42GPa。同时,使用室温光荧光谱进行了分析验证。结果表明,Si衬底上GaN外延材料受到的是张应力,通过低温AlN插入层技术可以有效降低GaN材料的应力,并且最终实现了表面光亮的厚层无裂纹GaN材料。     

硅基氮化镓异质结材料与多晶金刚石集成生长研究

在50.8 mm(2英寸)硅基氮化镓异质结半导体材料上采用低压等离子体化学气相沉积方法淀积100 nm厚度的氮化硅材料,然后采用微波等离子体化学气相沉积设备在氮化硅层上方实现多晶金刚石材料的外延生长.采用氮化硅作为过渡层和保护层有效调控了材料应力,保护了氮化镓基材料在多晶外延过程中被氢等离子体刻蚀,使得外延前后氮化物异...     

Optical Properties of Silicon—doped InGaN and GaN Layers

The optical properties of Silicon—doped InGaN and GaN grown on sapphire by MOCVD have been investigated by photoluminescence (PL) method. At room temperature, the band—gap peak of InGaN is 437.0 nm and its full width of half—maximum (FWHM) is about 14.3 nm. The band—gap peak and FWHM for GaN are 364.4 nm and 9.5 nm, respectively. By changing the temperature from 20 K to 293 K, it is found that the PL intensity of samples decreases but the FWHM broadens with the increasing of the temperature.GaN sample shows red—shift, InGaN sample shows red—blue—red—shift. The temperature dependence of peak energy shift is studied and explained.     

Stress control of silicon nitride films deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition

Stress controllable silicon nitride(Si Nx) films deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition(PECVD) are reported. Low stress Si Nx films were deposited in both high frequency(HF) mode and dual frequency(HF/LF) mode. By optimizing process parameters, stress free(-0.27 MPa) Si Nx films were obtained with the deposition rate of 45.5 nm/min and the refractive index of 2.06. Furthermore, at HF/LF mode, the stress is significantly influenced by LF ratio and LF power, and can be controlled to be 10 MPa with the LF ratio of 17% and LF power of 150 W. However, LF power has a little effect on the deposition rate due to the interaction between HF power and LF power. The deposited Si Nx films have good mechanical and optical properties, low deposition temperature and controllable stress, and can be widely used in integrated circuit(IC), micro-electro-mechanical systems(MEMS) and bio-MEMS.     

Si衬底和Si-SiO_2-Si柔性衬底上的GaN生长

使用MBE方法在Si(111)衬底和Si SiO2 Si柔性衬底上生长了GaN外延层 ,并对在两种衬底上生长的样品进行了对比分析 .在柔性衬底上获得了无裂纹的外延层 ,其表面粗糙度为 0 6nm .研究了GaN外延层中的应力及其光学性质 ,光致发光测试结果表明柔性衬底上生长的外延层中应力和杂质浓度明显低于直接生长在Si衬底上的样品的值 .研究结果显示了所用柔性衬底有助于改善GaN外延膜的质量     

预处理蓝宝石衬底上生长高质量 GaN 显示薄膜

采用化学方法腐蚀部分 c-面蓝宝石衬底,在腐蚀区域形成一定的图案,利用 LP-MOCVD 在此经过表面处理的蓝宝石衬底上外延生长 GaN 薄膜.采用高分辨率双晶X射线衍射(DCXRD)、光致发光光谱(PL)、透射光谱分析GaN薄膜的晶体质量和光学质量.分析结果表明,CaN 薄膜透射谱反映出的 CaN 质量与 X射线双晶衍射测量的结果一致,即透射率越大,半高宽越小,结晶质量越好;对蓝宝石衬底进行前处理可以大大改善GaN薄膜的晶体质量和光学质量,其(0002)面及(1012)面XRD半高宽(FWHM)分别降低到 208.80arcsec 及 320.76arcsec,而且其光致发光谱中的黄光带几乎可以忽略.     

用MOCVD在r面蓝宝石衬底上生长的a面GaN的独特电学性质研究

Nonpolar （1120） a-plane GaN films have been grown by low-pressure metal-organic vapor deposition on r-plane （1102） sapphire substrate. The structural and electrical properties of the a-plane GaN films are investigated by high-resolution X-ray diffraction （HRXRD）, atomic force microscopy （AFM） and van der Pauw Hall measurement. It is found that the Hall voltage shows more anisotropy than that of the c-plane samples; furthermore, the mobility changes with the degree of the van der Pauw square diagonal to the c direction, which shows significant electrical anisotropy. Further research indicates that electron mobility is strongly influenced by edge dislocations.     

Reduction of Dislocation Density in HVPE-Grown GaN Epilayers by Using In Situ-Etched Porous Templates

In this paper, a method was demonstrated to reduce the dislocation density of GaN film grown by hydride vapor phase epitaxy (HVPE) on an in situ selective hydrogen-etched GaN/sapphire template. The dislocations regions were etched by hydrogen to form cavities. The porous structure was formed on the GaN template grown by metal organic chemical vapor deposition after in situ hydrogen etching. The etching condition was optimized by modulating the etching temperature, pressure, and etching time. Two-step buffer layer growth and high temperature GaN film deposition were carried on the porous template. The growth parameters were optimized to keep the porous structure unfilled. The dislocations originally located in etched cavities could not propagate to the next layer grown by HVPE. Therefore, the dislocation density could be significantly reduced. High crystal quality of GaN is obtained with a low dislocation density. The full width at half-maximum FWHM of (002) is 35 arcs, and the FWHM of (102) is 48 arcs.