AlN成核层厚度对Si上外延GaN的影响

采用低温AlN成核层,在Si(111)衬底上,用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法生长了GaN薄膜。采用高分辨X射线衍射(XRD)、椭圆偏振光谱仪和原子力显微镜(AFM)研究了AlN成核层的厚度对GaN外延层的影响。对AlN的测试表明,AlN的表面粗糙度(RMS)随着厚度增加而变大。对GaN的测试表明,所有GaN样品在垂直方向处于压应变状态,并且随AlN厚度增加而略有减弱。GaN的(0002)_ω扫描的峰值半宽(FWHM)随着AlN成核层厚度增加而略有升高,GaN(10-12)_ω扫描的FWHM随着厚度增加而有所下降。(10-12)_ω扫描的FWHM与GaN的刃型穿透位错密度相关,A1N成核层的厚度较大时会降低刃型穿透位错密度,并减弱c轴方向的压应变状态。     

采用低温AlN插入层在氢化物气相外延中生长GaN膜

采用低温AlN插入层在氢化物气相外延(HVPE)设备中生长出高质量GaN膜。X射线衍射(XRD)测量发现,低温AlN插入层有助于提高GaN膜的结晶质量。低温(10K)光致发光(PL)谱测量表明,低温AlN插入层有助于释放GaN膜外延生长的应力。原子力显微镜(AFM)测量显示,GaN膜具有非常光滑的表面形貌,并估算出其位错密度约为3.3×108cm-2。     

Si(111)衬底高温AlN缓冲层厚度及其结构特性

通过高分辨X射线衍射、光致发光、二次离子质谱(SIMS)、原子力显微镜和同步辐射X射线衍射分析了AlN缓冲层的厚度对GaN外延层的影响.实验表明,在缓冲层厚度为13～20nm之间时,GaN外延层的张应力最小,同时晶体质量和光学质量达到最优值.此外,SIMS分析表明,当AlN缓冲层位于13～20nm之间时,可有效抑制Si的扩散.     

Si(111)衬底高温AlN缓冲层厚度及其结构特性

通过高分辨X射线衍射、光致发光、二次离子质谱(SIMS)、原子力显微镜和同步辐射X射线衍射分析了AlN缓冲层的厚度对GaN外延层的影响.实验表明,在缓冲层厚度为13～20nm之间时,GaN外延层的张应力最小,同时晶体质量和光学质量达到最优值.此外,SIMS分析表明,当AlN缓冲层位于13～20nm之间时,可有效抑制Si的扩散.     

Si(111)衬底高温AlN缓冲层厚度及其结构特性

通过高分辨X射线衍射、光致发光、二次离子质谱（SIMS) 、原子力显微镜和同步辐射X射线衍射分析了AlN缓冲层的厚度对GaN外延层的影响. 实验表明，在缓冲层厚度为13～20nm之间时，GaN外延层的张应力最小，同时晶体质量和光学质量达到最优值. 此外，SIMS分析表明，当AlN缓冲层位于13～20nm之间时，可有效抑制Si的扩散.     

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.     

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。     

AlN插入层与AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应的关系

比较有无AlN插入层AlGaN/GaN HEMTs在直流偏置应力条件下的电流崩塌程度,研究AlN插入层对电流崩塌的影响.从测试结果看,无AlN插入层的AlGaN/GaN HEMTs有更显著的电流崩塌程度,表明AlN插入层对电流崩塌效应有显著的抑制作用.模拟的AlGaN/GaN能带结构表明,AlN插入层能显著提高AlGaN导带底能级,增加异质结的带隙差.带隙差的增加有利于减小电子遂穿几率,加强沟道二维电子气的量子限制,从而抑制电流崩塌效应.     

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。     

Si基MOCVD生长AlN深陷阱中心研究

通过PL 谱和Raman谱对MOCVD生长Si基Al N的深陷阱中心进行了研究,发现三个深能级Et1 ,Et2 ,Et3,分别在Ev 上2 .6 1,3.10 ,2 .11e V.Et1 是由氧杂质和氮空位(或Al间隙原子)能级峰位靠近重合共同引起的,Et2 、Et3都是由于衬底Si原子扩散到Al N引起的.在Si浓度较低时,Si主要以取代Al原子的方式存在,产生深陷阱中心Et2 .Si浓度高于某个临界浓度时,部分Si原子以取代N原子位置的方式存在,形成深陷阱中心Et3.实验还表明,即使经高温长时间退火,Al N中Et1 和Et2 两个深陷阱中心也是稳定的     

Al/AlN/Si MIS结构的电学性质

用S i(111)上M OCVD生长的晶态A lN制备出性能良好的A l/A lN/S i(111)M IS结构,用C-V技术首次系统研究了A l/A lN/S iM IS结构的电学性质。用A l/A lN/S iM IS结构的C-V技术测量了A lN的极化特性,得出A lN层的极化强度为-0.000 92 C/m2;揭示了A lN/S i界面存在连续分布的载流子陷阱态,给出了陷阱态密度在S i禁带中随能量的分布;还观察到A lN界面层存在Et-Ev(A lN)=2.55 eV的分立陷阱中心。     

Cathodoluminescence study of micro-crack-induced stress relief for AlN films on Si(111)

Spatially, spectrally, and depth-resolved cathodoluminescence (CL) measurements were performed for high-quality thin AlN films grown on Si(111). Cl spectra exhibited a sharp peak at 5.960 eV, corresponding to the near-band-edge excitonic emission of AlN. Depth-resolved CL analysis showed that deep level oxygen and carbon impurities are localized primarily at the AlN/Si interface and AlN outer surface. Monochromatic CL imaging of the near-band-edge emission exhibits a spotty pattern, which corresponds to high concentrations of threading dislocations and thermally induced microcracks in the thin layers. We have examined relief of the thermal stress in close proximity to single microcracks and intersecting microcracks. Local CL spectra acquired with a focused e-beam show blue-shifts as large as ∼82 meV in the AlN near-band edge excitonic peaks, reflecting defect-induced reductions in the biaxial thermal stress, which has a maximum value of ∼47 kbar.     

Fabrication of Co2Fe(Al,Si) and Co2Fe(Al,Si)/MgO on Ge(111) Substrate and Its Magnetic Properties

We investigated the interfacial effects on magnetic properties in Co₂Fe(Al,Si)/Ge (CFAS/Ge) and CFAS/MgO/Ge systems to demonstrate the effects of the interface structure on magnetic properties. CFAS and CFAS/MgO were deposited on the i-Ge(111) substrate. In-situ reflection high energy electron diffraction (RHEED) patterns showed epitaxially grown CFAS and MgO on Ge(111). According to the X-ray diffraction (XRD) ϕ-scan of CFAS(220), we determined that the crystallographic orientation relationships were CFAS(111)<–110>// Ge(111)<–110> and CFAS(111)<–110>//MgO(111)<–110>Ge(111)<–110>. The magnetic properties were measured by the vibrating sample magnetometer (VSM) and the saturation magnetization M_s value of CFAS with 2-nm thick MgO reached the value of L2₁ ordered one. A uniaxial magnetic anisotropy behavior was observed both in CFAS/Ge and CFAS/MgO/Ge structures after annealing. We confirmed the behavior did not only originate from the CFAS/Ge interface but also CFAS/MgO and the ordering structure.     

Si衬底InGaN/GaN多量子阱LED外延材料的微结构

用透射电子显微镜(TEM)和X射线双晶衍射仪(DCXRD)对在Si(111)衬底上生长的InGaN/GaN多量子阱(MQW)LED外延材料的微结构进行了观察和分析.从TEM高分辨像观察到,在Si和AlN界面处未形成SixNy非晶层,在GaN/AlN界面附近的GaN上有堆垛层错存在,多量子阱的阱(InGaN)和垒(GaN)界面明锐、厚度均匀;TEM和DCXRD进一步分析表明MQW附近n型GaN的位错密度为10acm-2量级,其中多数为b=1/3〈112-0〉的刃位错.     

超晶格插入层对Si基上GaN薄膜位错密度的影响

为了降低MOCVD外延生长Si基GaN的缺陷密度,尝试引入超品格插入层.界面突变的超晶格插入层能有效地阻挡由缓冲层延伸出来的位错.即使超晶格本身也产生位错,但位错的产生率比阻挡率低,所以超晶格总体起阻挡作用,可以减少后续生长的 HT-GaN(高温氮化镓)的位错密度.研究了超晶格厚度对 HT-GaN 的位错密度的影响.比较了超晶格厚度不同的3个样品,并采用高分辨双晶X射线衍射(DCXRD)对CaN进行结晶质量的分析,分别用 H3PO4 H2SO4 混合溶液和熔融 KOH 对样品进行腐蚀并用扫描电子显微镜(SEM)对腐蚀的样品进行观察.用 H3PO4 H2SO4 腐蚀过的样品比用KOH 腐蚀过的样品的位错密度大,进一步验证了之前有报道过的 H3PO4 H2SO4 溶液同时腐蚀螺位错和混合位错而 KOH只腐蚀螺位错.分析结果表明.引入适当厚度的超晶格插入层,可以有效地降低后续生长的 GaN 的位错密度.     

Si/CdTe复合衬底HgCdTe液相外延材料的生长与性能分析

通过改进推舟液相外延技术,成功地在(211)晶向Si/CdTe复合衬底上进行了HgCdTe液相外延生长,获得了表面光亮的HgCdTe外延薄膜.测试结果表明,(211)Si/CdTe复合衬底液相外延HgCdTe材料组分及厚度的均匀性与常规(111)CdZnTe衬底HgCdTe外延材料相当;位错腐蚀坑平均密度为(5～8)×105 cm-2,比相同衬底上分子束外延材料的平均位错密度要低一个数量级;晶体的双晶半峰宽达到70″左右.研究结果表明,在发展需要低位错密度的大面积长波HgCdTe外延材料制备技术方面,Si/CdTe复合衬底HgCdTe液相外延技术可发挥重要的作用.