NH3流量调控Ⅴ/Ⅲ比对HVPE生长GaN薄膜的影响

氢化物气相外延(HVPE)法具有生长成本低、生长条件温和、生长速率快等优点,被认为是生长高质量GaN单晶衬底的最有潜力的方法。为了优化HVPE生长GaN的条件,通过改变NH3流量调控Ⅴ/Ⅲ比(NH3流量与HCl流量之比)。通过建立简单的生长模型,对不同Ⅴ/Ⅲ比下GaN薄膜形态变化的机理进行了分析,研究了HVPE生长过程中氮源(Ⅴ族)和镓源(Ⅲ族)不同流量比对结晶质量和表面形貌的影响。实验结果表明,低Ⅴ/Ⅲ比会导致成核密度低,岛状晶胞难以合并;高Ⅴ/Ⅲ比会降低表面Ga原子的迁移率,导致表面高度差异大,结晶质量差。与Ⅴ/Ⅲ比为15.000和28.125相比,Ⅴ/Ⅲ比为21.250时更适合GaN薄膜生长,得到的晶体质量最高。     

p型GaN的掺杂研究

采用正交实验设计方法设计p型GaN的生长,通过较少的实验,优化了影响p型GaN性质的三个生长参数:Mg流量、生长温度和Ⅴ/Ⅲ比.过量的Mg源流量、过高的生长温度、过大的Ⅴ/Ⅲ比都会降低自由空穴浓度.还研究了退火温度对p型GaN的载流子浓度和光学性质的影响.实验结果表明,700～750℃范围为最佳退火温度.     

p型GaN的掺杂研究

采用正交实验设计方法设计p型GaN的生长,通过较少的实验,优化了影响p型GaN性质的三个生长参数：Mg流量、生长温度和Ⅴ/Ⅲ比．过量的Mg源流量、过高的生长温度、过大的Ⅴ/Ⅲ比都会降低自由空穴浓度．还研究了退火温度对p型GaN的载流子浓度和光学性质的影响．实验结果表明,700～750℃范围为最佳退火温度．     

不同Ⅴ/Ⅲ族元素比对m面GaN薄膜性能的影响?

采用分子束外延( MBE)方法在蓝宝石衬底上外延生长m面GaN薄膜。利用原子力显微镜( AFM)、扫描电子显微镜( SEM)分析薄膜表面形貌,发现Ⅴ/Ⅲ族元素比从1∶80降低到1∶90时,外延膜表面均方根粗糙度从13.08 nm降低到9.07 nm。利用光谱型椭偏仪研究m面GaN薄膜,得到了m面GaN薄膜的厚度、折射率和消光系数。拟合结果显示,GaN样品厚度和理论值一致,且Ⅴ/Ⅲ族元素比为1∶90时,所得外延膜折射率较低,透射率大。两种测试方法表明,Ⅴ/Ⅲ族元素比较小的样品晶体质量高。     

采用ECR-PEMOCVD方法进行立方和六方GaN单晶薄膜生长的准热力学模型和相图

基于热力学平衡理论,对在电子回旋共振等离子体增强金属有机化学气相沉积系统中的GaN薄膜生长给出了一个化学平衡模型.计算表明,GaN生长的驱动力Δp是以下生长条件的函数:Ⅲ族输入分压,输入Ⅴ/Ⅲ比,生长温度.计算了六方和立方GaN的生长相图,计算结果和我们的实验结果显示出一定的一致性.通过分析,解释了高温和高Ⅴ/Ⅲ比生长条件适合六方GaN的原因.上述模型可以延伸到用于GaN单晶薄膜生长的类似系统中.     

表面粗化高空穴浓度InGaN:Mg性能及其发光二极管应用

利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上生长了InGaN:Mg薄膜,对不同源流量InGaN:Mg材料特件进行了研究.光学和电学特性观测表明,当外延生长温度在760℃,三甲基铟(TMIn)摩尔流量不变时,随CP2Mg和Ⅲ族源摩尔比([CP2Mg]/[Ⅲ])增加,当In摩尔成分增加,空穴浓度也线性增加;当...     

利用高频Plasma CVD在蓝宝石衬底上生长 立方GaN缓冲层及其光学性质

研究了采用高频PlasmaCVD技术在较低温度下(300—400℃)生长以GaN为基的Ⅲ-Ⅴ族氮化物的可行性,在蓝宝石衬底上生长了GaN缓冲层.热处理后的光致发光谱和X光衍射表明,生长的GaN缓冲层为立方相,带边峰位于3.15eV.在作者实验的范围内,最优化的TMGa流量为0.08sccm(TMAm=10sccm时),XPS分析结果表明此时的Ga/N比为1.03.这是第一次在高Ⅴ/Ⅲ比下得到立方GaN.相同条件下石英玻璃衬底上得到的立方GaN薄膜,黄光峰很弱,晶体质量较好.     

脉冲激光双光束沉积掺Mg的GaN薄膜的研究

采用脉冲激光双光束沉积系统在Si(111)衬底上生长了掺Mg的GaN薄膜和未掺杂GaN薄膜。利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、室温范德堡霍尔测量及光致发光(PL)光谱对两类薄膜进行对比分析，结果显示，所生长的GaN薄膜均为六方纤锌矿晶体结构，掺Mg可细化所生长的GaN薄膜晶粒。随着掺Mg量的增加，GaN薄膜无需后处理即可由”型导电转化为p型导电，GaN薄膜的光学性能随p型载流子浓度增大而提高；然而掺Mg却导致GaN薄膜结晶质量下降，掺镁量过大的GaN薄膜中p型载流子浓度反而减少，光致发光中黄发射峰增强较大。研究表明通过优化脉冲激光双光束沉积参数无需任何后处理可直接获得高空穴载流子浓度的p型GaN薄膜。     

溅射AlN技术对GaN基LED性能的影响

研究了在图形蓝宝石衬底(PSS)上利用磁控溅射制备AlN薄膜的相关技术,随后通过采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)在相关AlN薄膜上生了长GaN基LED.通过一系列对比实验,分析了AlN薄膜的制备条件对GaN外延层晶体质量的影响,研究了AlN薄膜溅射前N2预处理功率和溅射后热处理温度对GaN基LED性能的作用机制.实验结果表明:AlN薄膜厚度的增加,导致GaN缓冲层成核密度逐渐升高和GaN外延膜螺位错密度降低刃位错密度升高;N2处理功率的提升会加剧衬底表面晶格损伤,在GaN外延膜引入更多的螺位错;AlN热处理温度的升高粗化了表面并提高了GaN成核密度,使得GaN外延膜螺位错密度降低刃位错密度升高;而这些GaN外延膜位错密度的变化又进一步影响到LED的光电特性.     

低源流量Delta掺杂p型GaN外延薄膜的研究

利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上制备了GaN:Mg薄膜.首先,对Delta掺杂p型GaN的掺杂源流量进行优化研究,研究发现在较低46 cm3/min的CP2 Mg源流量下,晶体质量和导电性能都有所改善,获得了较高空穴浓度,为8.73×1017 cm-3,(002)和(102)面FWHM分别为245和316 arcsec.随后,采用XRD、Hall测试、PL以及AFM研究了在生长过程中加入生长停顿对Delta掺杂p型GaN材料特性的影响,发现加入生长停顿后,样品电学特性、光学特性和晶体质量并未得到改善,反而下降.     

不同插入层对抑制Mg掺杂p-GaN的记忆效应

研究了低温(LT) GaN和AlN不同插入层对抑制Mg掺杂p-GaN金属有机化学气相沉积外延中存在的记忆效应的影响,外延生长p-GaN缓冲层,制作具有该缓冲层的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT),并对该器件进行电学测试.二次离子质谱仪测试表明p-GaN上10 nm厚的LT-GaN插入层相比于2 nm厚的AlN插入层能更好地抑制Mg扩散.霍尔测试表明,2 nm厚的AlN插入层的引入和GaN存在较大的晶格失配会引入位错,进而会降低AlGaN/GaNHEMT的电子迁移率以及增加其方块电阻;含有10 nm厚的LT-GaN插入层的p-GaN作为缓冲层的AlGaN/GaN HEMT,其方块电阻、电子迁移率以及二维电子气(2DEG)密度分别为334.9 Ω/口,1 923 cm2/(V·s)和9.68×1012 cm-2.器件具有很好的直流特性,其饱和电流为470 mA/mm,峰值跨导为57.7 mS/mm,电流开关比为3.13×109.     

InGaN/GaN多量子阱蓝光LED的p-GaN盖层的MOCVD生长研究

利用金属有机物化学气相淀积（MOCVD）生长了InGaN／GaN多量子阱（MQW）蓝光发光二极管（LED）,研究了不同Cp2Mg流量下生长的p-GaN盖层对器件电学特性的影响。结果表明,随着Cp2Mg流量的提高,漏电流升高,并且到达一临界点会迅速恶化;正向压降则先降低,后升高。进而研究相同生长条件下生长的p-GaN薄膜的电学特性、表面形貌及晶体质量,结果表明,生长p-GaN盖层时,Cp2Mg流量过低,盖层的空穴浓度低,电学特性不好;Cp2Mg流量过高,则会产生大量的缺陷,盖层晶体质量与表面形貌变差,使得空穴浓度降低,电学特性变差。因此,生长p-GaN盖层时,为使器件的正向压降与反向漏电流均达到要求,Cp2Mg流量应精确控制。     

Influence of growth conditions on the V-defects in InGaN/GaN MQWs

The influence of the growth temperature,TMIn/TEGa andⅤ/Ⅲratio on the V-defects of InGaN/GaN multi-quantum wells（MQWs） has been investigated and discussed.When the TMIn flow increases from 180 to 200 sccm,the density of V-defects increases from 2.72×10¹⁸ to 5.24×10¹⁸ cm^-2,and the V-defect width and depth increase too.The density also increases with the growth temperature.The densities are 2.05×10⁸,2.72×10¹⁸ and 4.23×10⁸ cm^-2,corresponding to a growth temperature of 748,753 and 758℃respectively.When the NH₃ flows are 5000,6600 and 8000 sccm,the densities of the V-defects of these samples are 6.34×10¹⁸,2.72×10¹⁸ and 4.13×10¹⁸ cm^-2,respectively.A properⅤ/Ⅲratio is needed to achieve step flow growth mode.We get the best quality of InGaN/GaN MQWs at a growth temperature of 753℃TMIn flow at 180 sccm,NH₃ flow at 6600 sccm,a flatter surface and less V-defects density.The depths of these V-defects are from 10 to 30 nm,and the widths are from 100 to 200 nm.In order to suppress the influence of V-defects on reverse current and electro-static discharge of LEDs,it is essential to grow thicker p-GaN to fill the V-defects.     

Influence of growth temperature and growth rate of p-GaN layers on the characteristics of green light emitting diodes

We investigated the electrical and structural qualities of Mg-doped p-type GaN layers grown under different growth conditions by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD). Lower 300 K free-hole concentrations and rough surfaces were observed by reducing the growth temperature from 1,040°C to 930°C. The hole concentration, mobility, and electrical resistivity were improved slightly for Mg-doped GaN layers grown at 930°C with a lower growth rate, and also an improved surface morphology was observed. In_0.25Ga_0.75N/GaN multiple-quantum-well light emitting diodes (LEDs) with p-GaN layers grown under different conditions were also studied. It was found from photoluminescence studies that the optical and structural properties of the multiple quantum wells in the LED structure were improved by reducing the growth temperature of the p-layer due to a reduced detrimental thermal annealing effect of the active region during the GaN:Mg p-layer growth. No significant difference in the photoluminescence intensity depending on the growth time of the p-GaN layer was observed. However, it was also found that the electroluminescence (EL) intensity was higher for LEDs having p-GaN layers with a lower growth rate. Further improvement of the p-GaN layer crystalline and structural quality may be required for the optimization of the EL properties of long-wavelength (∼540 nm) green LEDs.     

全固源分子束外延InAsP/InGaAsP多量子阱1.55μm激光器

利用新型全固源分子束外延技术 ,对 1 .5 5 μm波段的 In As P/ In Ga As P应变多量子阱结构的生长进行了研究。实验表明 ,较低的生长温度或较大的 / 束流比有利于提高应变多量子阱材料的结构质量 ,而生长温度对材料的光学特性有较大的影响。在此基础上生长了分别限制多量子阱激光器结构 ,制作的氧化物条形宽接触激光器实现了室温脉冲工作 ,激射波长为 1 5 63 nm,阈值电流密度为 1 .4k A/ cm2 。这是国际上首次基于全固源分子束外延的 1 .5 5 μm波段 In As P/ In Ga As P多量子阱激光器的报道     

表面处理对p-GaN欧姆接触的影响

分别用稀盐酸、王水以及(NH4)2S溶液处理p-GaN表面,通过测试样品表面Ols的X射线光电子能谱(XPS),比较了这些溶液去除p-GaN表面氧化层的能力;在经不同溶液处理后的样品表面,以相同的条件制作Ni/Au电极,并测试其与p-GaN的比接触电阻,结果表明经稀盐酸处理后的样品表面,由于其氧含量较高,不能与Ni/Au形成良好的欧姆接触,而经王水和(NH4)2S溶液处理后的p-GaN表面,能与Ni/Au形成良好的欧姆接触;最后,通过比较样品表面的Ga/N原子浓度比,探讨了王水处理p-GaN表面能够形成良好欧姆接触的原因.     

MgO界面层对n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结LED光电性能的影响

为了较好地实现n-ZnO的电致发光(EL),利用水热法在p-GaN外延片上制备了ZnO纳米棒阵列,构造了n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结LED原型器件,并研究了MgO界面层对器件光电性能的影响。结果表明,n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结器件具有明显的二极管整流效应。室温、正向偏压下,n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结LED仅在430nm附近具有单一的发光峰,而n-ZnO纳米棒/MgO/p-GaN异质结LED的电致发光光谱由一个从近紫外到蓝绿光区的宽发光带组成。结合光致发光(PL)谱和Anderson能带模型,深入分析了n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结的载流子复合机制。