Si衬底和Si-SiO2-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.     

在Si和Ge衬底上用分子束外延生长HgCdTe

在当前大规模红外焦平面器件的研制中,高性能器件的制备需要高质量、大面积、组分均匀的碲镉汞材料。衬底和外延材料的晶格失配导致了大量的位错增殖,严重影响红外焦平面器件的工作性能。本文对各种衬底进行了比较,并对Si基和Ge基上的外延碲镉汞材料的生长工艺及性能进行了调研和评价。     

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.     

利用P-MBE在Si(111)衬底上生长氧化锌薄膜及其光学性质的研究

在Si(111)衬底上利用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)生长氧化锌(ZnO)薄膜,研究了在不同衬底生长温度下(350～750℃)制备的ZnO薄膜的结构和光学性质．随着衬底温度的升高,样品的X射线及光致发光的半高宽度都是先变小后变大,衬底温度为550℃样品的结构及光学性质都比较好,这表明550℃为在Si(111)衬底上生长ZnO薄膜的最佳衬底温度;同时,我们还通过550℃样品的变温光致发光谱(81～300K)研究了ZnO薄膜室温紫外发光峰的来源,证明其来源于自由激子发射．     

在砷化镓衬底上用分子束外延法生长锑化铟薄膜

用分子束外延方法在ＧａＡｓ上生长ＩｎＳｂ薄膜。方法是先在温度３８０℃生长ＩｎＳｂ有源层。然后低温（３００℃）生长一层约０．０３μｍ厚的ＩｎＳｂ缓冲层。Ｓｂ＿４与Ｉｎ的束流等效压强比为４：１时，可获得温度７７Ｋ最大霍尔迁移率的材料。在２～５μｍ厚度的薄膜中，温度７７Ｋ的霍尔迁移率大于３５０００ｃｍ￣２Ｖ￣（－１）·ｓ￣（－１）和Ｘ射线半峰宽小于２５０（″）。温度７７Ｋ的霍尔迁移率比最近报导的结果大３倍。Ｘ射线半峰宽也相对小。对可改进薄膜性能的几种可能性作了探讨。     

Si(100)和Si(111)衬底上的同质分子束外延

用超高真空电子束蒸发系统进行了硅的同质分子束外延.发现采用适当的表面化学处理方法,然后在超高真空中加热,可以在较低温度下(800—814℃)获得清洁和平整的有序表面.Si(100)和Si(111)的外延分别在520℃和714℃进行,外延膜的结构和电学特性良好.     

刻槽Si衬底上GaAs微结构研究

本文介绍在刻楷Si衬底上用分子束外延嵌入生长GaAs的异质共平面技术。用横截面透射电子显微镜对槽壁非平面异质结的生长行为和微结构进行了研究,结果表明:槽壁的几何因素对外延层的成核行为和生长行为有一定影响,和Si[001]晶面相比,Si[113]可能是一个有利于半导体异质结生长的晶面。     

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。     

退火温度对硅基GaN薄膜质量的影响

采用电泳沉积法在Si(111)衬底上制备GaN薄膜,并研究退火温度对GaN薄膜晶体质量、表面形貌和发光特性的影响。傅立叶红外吸收谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)的测试结果表明所得样品为六方纤锌矿结构的GaN多晶薄膜,随退火温度的升高,晶粒尺寸增大,结晶化程度提高。室温下光致发光谱的测试发现了位于367 nm处的强发光峰和437 nm处的弱发光峰,其发光强度随退火温度的升高而增强,但发光峰的位置并不发生移动。     

Al沉积时间对Si衬底GaN材料的影响

通过改变高温AlN形核层生长时提前通入TMAl的时间,分别在Si(111)衬底上生长了4个1μm厚的GaN样品,并对每个样品的GaN外延材料进行了分析研究。通过显微镜观察发现,Al的沉积时间为12 s时,GaN材料表面光亮,基本没有裂纹。另外通过喇曼谱和光荧光谱(PL)测试得出,随着生长初期Al沉积时间的增加(8～15 s),GaN外延层的水平应力逐渐减小(由1.28 GPa减小到0.67 GPa),Al的沉积时间为12 s时GaN外延材料的应力较小。同时,GaN材料(002)和(102)晶面的X射线衍射摇摆曲线表明,Al的沉积时间为12 s时GaN外延材料的晶体质量最好。     

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。     

Si基GaN薄膜的制备方法及结构表征

分别采用射频磁控溅射、热壁化学气相沉积(CVD)、电泳沉积法制备GaN薄膜。利用扫描电镜(SEM)、荧光光谱仪对样品进行结构、形貌和发光特性的分析比较。射频磁控溅射方法中,把SiC中间层沉淀到Si衬底上,目的是为了缓冲由GaN外延层和Si衬底的晶格失配造成的应力。结果证实了SiC中间层提高了GaN薄膜的质量。热壁化学气相沉积法制备GaN晶体膜时,选择H2作反应气体兼载体,有利于GaN膜的形成。电泳沉积法显示所得样品为六方纤锌矿结构的GaN多晶薄膜。结果表明:溅射法制备的GaN薄膜结晶效果好;CVD法制备时GaN薄膜应用范围广;电泳沉积法操作方便、简单易行。     

Macroscopic defects in GaN/AlN multiple quantum well structures grown by MBE on GaN templates

We have used MBE to grow in AlN/GaN superlattices, with different number of periods, on 2.5-μm-thick MOVPE-GaN templates to study the development of defects such as surface deformation due to strain. After growth the samples were studied by atomic force microscopy (AFM), transmission electron microscopy (TEM), XRD and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). The strain increased with the number of quantum wells (QWs) and eventually caused defects such as microcracks visible by optical microscopy at four or more QW periods. High-resolution TEM images showed shallow recessions on the surface (surface deformation) indicating formation of microcracks in the MQW region. The measured intersubband (IS) absorption linewidth from a four period structure was 97 meV, which is comparable with the spectrum from a 10 period structure at an absorption energy of ∼700 meV. This indicates that the interface quality of the MQW is not substantially affected by the presence of cracks.     

Si衬底GaN基多量子阱外延材料的TEM研究

本文采用高分辨透射电子显微技术对在Si衬底生长的GaN基多量子阱外延材料的位错特征、外延层与衬底的晶体取向关系及界面的结晶形态等微观结构进行了分析和研究.结果表明:Si衬底生长的GaN与衬底有一定的取向关系;材料在MQW附近的穿透位错密度达108 cm-2量级,且多数为刃型位错;样品A的多量子阱下方可见平行于界面方向的...     

GSMBE生长的高质量氮化镓材料

使用NH3作氮源,采用GSMBE方法在(0001)Al2O3衬底上生长出了高质量的GaN单晶外延膜.1.2μm厚的GaN外延膜的(0002)X射线双晶衍射峰回摆曲线的半高宽为6′,室温电子迁移率为300cm2/(V·s),背景电子浓度约为3e17cm-3.     

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.