基于GaN材料p型掺杂的研究进展

GaN材料作为第三代半导体材料已成为短波长光电子器件及高频,高压、高温微电子器件制备的最优选材料,而难以获得高质量的P型GaN成为阻碍GaN器件进一步发展和应用的重要原因.介绍了P型掺杂存在的问题,讨论了P型掺杂的激活方法和机理,综述了目前P型掺杂国内外的研究进展情况,最后指出了今后的研究方向.     

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.     

GaN的ECR-PEMOCVD生长中衬底清洗和氮化的分析

在改进的电子回旋共振(ECR)等离子体增强金属有机物化学汽相沉积(ECR-PEMOCVD)装置(ESPD-U)中,以氮等离子体为氮源,三乙基镓(TEG)为镓源,在蓝宝石(α-Al2O3)衬底上生长氮化镓(GaN)薄膜.在不同的温度、氮氢流量下,分别对α-Al2O3衬底进行等离子体清洗和氮化,并用RHEED实时监测.通过对RHEED图像的分析,得出衬底清洗和氮化的最佳条件.     

MOCVD法横向外延过生长GaN薄膜

介绍了金属有机化学气相沉积(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)法横向外延过生长GaN薄膜的原理,阐述了该技术形成选择生长和减少GaN薄膜缺陷密度的机理。综述了该技术的发展历程以及最新进展。新型的横向外延过生长技术大大简化了生长工艺以及降低了晶向倾斜。     

引入GaN过渡层对Si（111）衬底上生长GaN外延的影响

本文研究了在Si(111)衬底上生长GaN外延层的方法。相比于直接在AlN缓冲层上生长GaN外延层,引入GaN过渡层显著地提高了外延层的晶体质量并降低了外延层的裂纹密度。使用X射线双晶衍射仪、光学显微镜以及在位监测曲线分析了GaN过渡层对外延层的晶体质量以及裂纹密度的影响。实验发现,直接在AlN缓冲层上生长外延层,晶体质量较差, X射线(0002)面半高宽最优值为0.686°,引入GaN过渡层后,通过调整生长条件,控制岛的长大与合并的过程,从而控制三维生长到二维生长过渡的过程,外延层的晶体质量明显提高, (0002)面半高宽降低为0.206°,并且裂纹明显减少。研究结果证明,通过生长合适厚度的GaN过渡层,可以得到高质量、无裂纹的GaN外延层。     

MOCVD生长GaN膜的光调制反射谱研究

采用光调制反射光谱（PR）研究了（0001）晶向蓝宝石村底上MOCVD方法生长的单晶六角GaN薄膜的室温光学性质。测得六角GaN薄膜的禁带宽度为3．400eV，对PR谱的调制机理进行了分析，发现信号来自缺陷作用下的表面电场调制。光吸收增和光反射谱的测量，得到3．39eV的光学吸收边和3．3eV的反射峰，证实了光调制反射光谱的结果。     

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.     

立方相GaN的高温MOCVD生长

利用MOCVD技术在提高生长温度(900℃)下生长出了高质量的立方相GaN,生长速度提高到1.6μm/h.高温生长的GaN样品近带边峰室温光荧光半高宽为48meV,小于在830℃下生长的GaN样品.在ω扫描模式下,X射线衍射表明高温生长的GaN具有较小的(002)峰半高宽21′.可以看出,尽管立方GaN是亚稳态,高生长温度仍然有利于其晶体质量的提高.本文对GaN生长中生长温度和生长速度之间的关系作了讨论.     

生长压力对GaN材料光学与电学性能的影响

研究了采用MOCVD技术分别在100与500Torr反应室压力下生长的非故意掺杂GaN薄膜的光学与电学性能。研究表明,低压100Torr外延生长条件可以有效地降低Ga与NH3气相反应造成GaN薄膜的碳杂质沾污,从而抑制造成光致发光中黄光峰与蓝光峰的深受主的形成,所制备的材料表现出较好的光学性能。同时,不同生长压力下的GaN薄膜表现出相异的电学性能,即在500Torr下生长的样品通常表现出更高的载流子浓度（（4.6-6.4）×1016 cm-3）与更高的迁移率（446-561cm2/（V.s））,而100Torr下生长的样品通常表现为更低的载流子浓度（1.56-3.99）×1016 cm-3与更低迁移率（22.9-202cm2/（V.s））。     

立方相GaN的高温MOCVD生长

利用MOCVD技术在提高生长温度(900℃)下生长出了高质量的立方相GaN,生长速度提高到1.6μm/h.高温生长的GaN样品近带边峰室温光荧光半高宽为48meV,小于在830℃下生长的GaN样品.在ω扫描模式下,X射线衍射表明高温生长的GaN具有较小的(002)峰半高宽21′.可以看出,尽管立方GaN是亚稳态,高生长温度仍然有利于其晶体质量的提高.本文对GaN生长中生长温度和生长速度之间的关系作了讨论.     

Quantitative analysis of small amounts of cubic GaN phase in GaN films grown on sapphire

Thin GaN films, grown by metal organic chemical vapor deposition on the basal plane of sapphire substrates, were characterized by x-ray pole figures, high-resolution x-ray diffraction and transmission electron microscopy. This combination was found sensitive to small amounts (down to 0.1%) of cubic GaN phase in specimens subjected to surface nitridation treatment prior to epitaxial growth. The presence of the cubic phase and its orientation relations to the hexagonal GaN matrix was established by means of pole figures and selected area electron diffraction. The amount of cubic phase was determined by comparing the integrated x-ray diffraction intensities of the (311) cubic GaN and the (11.2) hexagonal GaN reflections. Optimum nitridation duration was found, which corresponds to almost complete suppression of the cubic phase formation.     

Persistent Photoconductivity in n-type GaN

The persistent photoconductivity（PPC） phenomena in n-type GaN Films grown by metalorganic chemical vapor deposition（MOCVD） have been studied. After using some testing and analysis methods, such as the double crystal X-ray diffraction（DCXRD）, the photolumineseence（PL） spectra, etc, it is found that the issue which influences PPC in n-type GaN is not relative to the dislocations and yellow band （YB）, and is caused by the doping level of Si most likely.     

MOCVD外延生长GaN材料的技术进展

第三代半导体材料GaN由于具有优良性质使其在微电子和光电子领域有广阔的应用前景,目前制备GaN的方法主要有分子束(MBE)、氯化物气相外延(HVPE)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)。其中HVPE技术制备GaN的速度最快,适合制备衬底材料;MBE技术制备GaN的速度最慢;而MOCVD制备速度适中。因而MOCVD在外延生长GaN材料方面得到广泛应用。介绍了MOCVD法外延生长GaN材料的基本理论、发展概况、利用MOCVD法外延生长GaN材料的技术进展。认为应结合相关技术发展大面积、高质量GaN衬底的制备技术,不断完善缓冲层技术,改进和发展横向外延技术,加快我国具有国际先进水平的MOCVD设备的研发速度,逐步打破进口设备的垄断。     

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。     

腐蚀坑处氮化镓二次MOCVD外延生长的特性

利用熔融KOH液对单层Ga N腐蚀后进行二次MOCVD外延生长,对不同二次生长时间的薄膜及生长前的薄膜进行扫描电子显微、X射线衍射和光致发光测试,实验结果表明二次生长2 h的薄膜具有最低的位错密度和最好的光学特性.在腐蚀坑处,坑中早期的慢速生长及后期的侧向生长都抑制穿透螺位错的生长,坑边缘与中心的非对称生长会引入新的穿透刃位错,莲花状坑结构相遇连通可以使连通处的穿透刃位错消失.     

AlGaN缓冲层结构对Si基GaN材料性能的影响

Si衬底与GaN之间较大的晶格失配和热失配引起的张应力使GaN外延层极易产生裂纹,如何补偿GaN所受到的张应力是进行Si基GaN外延生长面临的首要问题.采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)技术在4英寸(1英寸=2.54 cm)Si (111)衬底上制备了GaN外延材料并研究了不同AlGaN缓冲层结构对Si基GaN外延材料性能的影响,并采用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)、原子力显微镜(AFM)、喇曼光谱以及光学显微镜对制备的GaN材料的性能进行了表征.采用3层A1GaN缓冲层结构制备了表面光亮、无裂纹的GaN外延材料,其(002)晶面半高宽为428 arcsec,表面粗糙度为0.194 nm.结果表明,采用3层A1GaN缓冲层结构可以有效地降低GaN材料的张应力和位错密度,进而遏制表面裂纹的出现,提高晶体质量.     

多缓冲层对MOCVD生长的GaN性能的影响

采用多低温缓冲层法和高低温联合缓冲层法在 MOCVD系统上生长 Ga N外延膜 .对薄膜进行了 X射线衍射和光致发光谱 (PL)测试 ,(0 0 0 2 ) X射线摇摆曲线和 PL 谱的半高宽与常规的单低温缓冲层法制备的薄膜相比均有不同程度的改善 .实验结果表明改进的缓冲层法能提高 MOCVD生长的氮化镓外延膜晶体质量     

利用低温插入层改善GaN外延层晶体质量研究

采用MOCVD系统在蓝宝石衬底上生长了GaN外延薄膜,在高温GaN生长中插入了低温GaN.通过改变低温GaN的生长温度和Ⅴ/Ⅲ比得到不同样品.对样品薄膜进行了高分辨X射线衍射(HRXRD)和光致发光谱(PL)测试,PL半峰宽变化不大,XRD半峰宽有明显变化.实验结果表明,低温GaN缓冲层可以使后续生长更好,达到二维生长...     

Residual Strain and Electronic Characteristics of Si-doped GaN

The residual strain and the damage induced by Si implantation in GaN samples have been studied, as well as the electronic characteristics. These as-grown samples are implanted with different doses of Si（1 × 10^14 cm^-2, 1×10^15 cm^-2 or ] × 10^16 cm^-2, ]00 keV） and following annealed by rapid thermal anneal（RTA） at 1 000℃ or 1 100℃ for 60 s. High resolution X-ray diffractometer（HRXRD） measurement reveals that the damage peak induced by the implantation appears and increases with the rise of the impurity dose, expanding the crystal lattice. The absolute value of biaxial strain decreases with the increase of the annealing temperature for the same sample. RT-Hall test reveals that the sample annealed at 1 100℃ acquires higher mobility and higher carrier density than that annealed at 1 000 ℃, which reflects that the residual strain（or residual stress） is the main scattering factor. And the sample C3（1 × 10^16 cm^-2 and annealed at 1100 ℃） acquires the best electronic characteristic with the carrier density of 3.25 × 10^19 cm^-3 and the carrier mobility of 31 cm2/（V·S）.