硅衬底GaN基LED的研究进展

与蓝宝石衬底相比，硅衬底具有低成本、大面积、高质量、导电导热性能好等优点，普遍认为使用Si片作GaN薄膜衬底有可能实现光电子和微电子的集成，因此Si基GaN的研究受到了广泛关注。本文回顾了Si衬底GaN基LED的研究进展，同时简要介绍了在Si衬底上制备GaN基LED的实验结果，及研制出工作电压为3．6V、串联电阻为31Ω、输出功率近1mW的Si衬底GaN基蓝光LED。     

Si衬底GaN基材料及器件的研究

GaN具有禁带宽、热导率高等特点,广泛应用于光电子和微电子器件领域.Si衬底GaN基材料及器件的研制将进一步促进GaN基器件与传统器件工艺的集成,因而具有很高的研究价值.介绍了Si衬底GaN基材料生长及特性方面的研究现状和GaN基器件的进展情况.     

高阻GaN薄膜电阻率测量

建立了绝缘电阻大于1013Ω和温度起伏小于0.1℃的高阻GaN薄膜电阻率装置,并简述了其测量电阻率的原理.研究了环境温度、湿度、漏电流、数据读取时间、测量电压、样品尺寸等因素对电阻率与迁移率的影响,并讨论了各种因素所引起的测量误差.     

高阻GaN薄膜电阻率测量

建立了绝缘电阻大于1013Ω和温度起伏小于0.1℃的高阻GaN薄膜电阻率装置,并简述了其测量电阻率的原理.研究了环境温度、湿度、漏电流、数据读取时间、测量电压、样品尺寸等因素对电阻率与迁移率的影响,并讨论了各种因素所引起的测量误差.     

薄膜厚度的EDS测量

薄膜厚度的ＥＤＳ测量赵家政徐洮（中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑开放实验室，兰州７３００００）在电镀膜、真空蒸发膜、表面处理膜、溅射膜、润滑转移膜等的扫描电子显微分析中，除观察其表面形貌外，还希望同时测得薄膜的厚度。薄膜厚度的测量，尽管有光学法［...     

基于光学相干层析成像技术的薄膜厚度测量

为了对薄膜厚度进行测量,采用白光谱域光学相干层析成像的测量方法,进行了理论分析和实验验证,对以玻璃为基片的单层和多层薄膜样品进行了层析成像实验,获得了样品的2维层析图像。结果表明,该系统不仅能显示薄膜样品内部的微观结构,而且能从2维层析图像中得到单层和多层薄膜的厚度(分别为68μm和30μm),测量值与理论值相吻合,从而验证了测量理论正确性。该系统具有较高分辨率,可实现快速成像,满足实际工业测量需要。     

薄膜厚度测量技术

随着各种表面沉积技术(PVD、CVD)日益广泛地应用于微电子、光学及超导薄膜沉积等微细加工领域,膜厚在10—10~2nm范围内的薄膜厚度测量技术也不断得到发展。本文系统地描述了各种测量技术的原理、属性及测量方法,并对其测量精度及适用范围进行了比较。     

微斑光电流谱和光反射谱的自动测量系统

叙述了为测量半导体光电器件的光电流谱和光反射谱所构成的自动测量系统及其数据处理方法。     

胶合板单板厚度的在线自动测量系统

介绍了以８０３１单片机为主机的胶合板单板厚度在线自动测量系统的工作流程、系统构成、数据采集与处理程序，经试用表明：其设计方案可行，实测精度可达±３μｍ。     

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.     

基于双肖特基接触GaN薄膜特性参数测试新方法

提出了一种GaN薄膜电学参量测试新方法.该方法基于双肖特基结二极管结构,利用非对称的电极图形获取整流特性,从而省去了复杂的欧姆接触形成工艺,可方便地导出电子电导迁移率和肖特基接触理想因子等特征参数.对残留载流子浓度为7×1016 cm-3 的非故意掺杂GaN薄膜进行了试验,新方法得到Ni/Au-GaN肖特基接触的理想因子为2.8,GaN薄膜方块电阻为491Ω和电子电导迁移率为606cm2/(V·s).这些典型参数与利用欧姆接触实验和普通Ni/Au-GaN肖特基二极管测试所得结果较为吻合.该方法为半导体薄膜测试提供了新思路,可推广用于难以形成良好线性欧姆接触或材料特性受欧姆接触工艺影响较大的外延材料及其金半接触的监测研究.     

不同厚度未掺杂GaN薄膜的特性分析

对厚度不同的样品进行了XRD和PL谱测量,由(0002)面、(30—32)面的摇摆曲线的半峰宽值和GaN(0002)衍射峰位置计算了样品的刃位错、螺旋位错的密度以及C轴应变,实验结果表明厚度增加后Gain薄膜中的刃位错、螺旋位错密度及C轴薄膜应力均得到减小,而PL谱带边峰和蓝带强度显著增强。分析认为：厚度增加后,位错减少是由材料生长过程中位错的合并和湮灭作用造成的;样品PL谱的带边峰和蓝带强度显著增强是因为位错引入的非辐射性复合中心数目减少。     

GaN技术发展新趋势

氮化镓(GaN)是第三代半导体的典型代表,受到学术界和产业界的广泛关注,正在成为未来超越摩尔定律所依靠的重要技术之一。对于射频(RF)GaN技术,在电信和国防两大主要应用增长行业,尤其是军用领域对先进雷达和通信系统不断增加的需求,推动了RF GaN器件向更高频率、更大功率和更高可靠性发展。文章梳理了在该领域中GaN RF/微波HEMT、毫米波晶体管和单片微波集成电路(MMIC)、GaN器件空间应用可靠性和抗辐射加固等技术发展的脉络。在功率电子方面,对高效、绿色和智能化能源的需求拉动GaN功率电子、电源变换器向快速充电、高效和小型化方向发展。简述了应用于纯电动与混合动力电动汽车(EV/HEV)、工业制造、电信基础设施等场合的GaN功率器件的研发进展和商用情况。在数字计算特别是量子计算前沿,GaN是具有应用前景的技术之一。介绍了GaN计算和低温电子技术研究的几个亮点。总而言之,对GaN技术发展几大领域发展的最新趋势作了概括性描述,勾画出技术发展的粗略线条。     

BST薄膜对GaN衬底的传输特性影响

钛酸锶钡(BST)薄膜是一种重要的铁电薄膜,应用广泛,是高新技术研究的前沿和热点之一。文章重点讨论了不同结构的BST薄膜对GaN传输线的传输特性影响,分析了不同的BST薄膜材料参数对传输性能的影响。实验证明,未电镀的传输线空洞较多,直流电阻变大,生长了BST薄膜的传输线插损约为0.32dB/mm,不同的薄膜材料参数对传输特性的影响也很明显,随着介电常数、膜厚以及损耗角的增大,传输线有效介电常数变大,特性阻抗减小。为基于磁电效应的GaN功率放大器设计提供了一定的借鉴。     

AlGaN/GaN HEMT势垒层厚度影响的模拟及优化

完成了对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的结构设计及器件物理特性的验证等工作.使用TCAD软件完成了该器件直流特性及微波特性等性能的模拟.建立该器件的极化效应模型是本项研究的重点.完成了对异质结条件下诸多模型参数的筛选及修正,得到了符合理论的模拟结果.器件特性的验证与优化基于势垒层厚度h的变化展开,研究...     

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。     

蓝宝石衬底上HVPE-GaN厚膜生长

采用氢化物气相外延(HVPE)方法,以蓝宝石作衬底,分别在MOCVD-GaN模板和蓝宝石衬底上直接外延生长GaN.模板上的GaN生长表面平整、光亮,但开裂严重.其(0002)的双晶衍射半高宽最低为141″;蓝宝石衬底上直接生长GaN外延层质量较差,其双晶衍射半高宽为1688″,但不发生开裂.HCl的载气流量对预反应有很大的影响.应力产生于外延层和衬底之间的界面处,界面孔洞的存在可以释放应力,减少开裂.光致发光(PL)谱中氧杂质引起强黄光发射.     

蓝宝石衬底上HVPE-GaN厚膜生长

采用氢化物气相外延(HVPE)方法,以蓝宝石作衬底,分别在MOCVD-GaN模板和蓝宝石衬底上直接外延生长GaN.模板上的GaN生长表面平整、光亮,但开裂严重.其(0002)的双晶衍射半高宽最低为141″;蓝宝石衬底上直接生长GaN外延层质量较差,其双晶衍射半高宽为1688″,但不发生开裂.HCl的载气流量对预反应有很大的影响.应力产生于外延层和衬底之间的界面处,界面孔洞的存在可以释放应力,减少开裂.光致发光(PL)谱中氧杂质引起强黄光发射.     

激光剥离技术实现GaN薄膜从蓝宝石衬底移至Cu衬底

在GaN薄膜表面电镀厚100μm的、均匀的金属铜作为转移衬底.采用激光剥离技术,在400mJ/cm2脉冲激光能量密度条件下,成功地将GaN薄膜从蓝宝石衬底转移至Cu衬底.激光剥离后Cu衬底上GaN薄膜的扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明,电镀Cu衬底与GaN之间形成致密的结合,对GaN薄膜起到了很好的支撑作用.同时铜的延展性好,使得GaN薄膜内产生的应力得到有效释放,保持了剥离后GaN薄膜的完整性.激光剥离后GaN表面残留物的X射线光电子能谱(XPS)分析显示,激光辐照产生的金属Ga部分与空气中的氧结合形成Ga2O3,这是剥离后GaN表面后处理困难的原因,并给出了相应的解决方法.     

GaN薄膜生长实时监控系统的实现

分析了在ECR-MOCVD装置上外延生长GaN单晶薄膜的工艺过程特点和在此过程中影响GaN结晶质量的主要因素.在此基础上,设计了一套监控系统,用于GaN外延生长的工艺流程监控,并提出了一种合适的工艺流程监控策略.