蓝宝石衬底上原子级光滑AlN外延层的MOCVD生长

在蓝宝石衬底表面无氮化、低Ⅴ/Ⅲ比的情况下,采用1200℃的衬底温度、5kPa反应室气压,用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长出了表面原子级光滑的AlN外延层.原子力显微镜测试表明其平均粗糙度为0.44nm,X射线衍射(0002)回摆曲线FWHM为166".实验结果和分析表明,极性和气相反应是影响AlN表面形貌的主要原因.以原子级光滑的AlN为模板生长出了高质量的高Al组分的n型AlGaN,证实了AlN模板具有较好的质量.     

蓝宝石上AlN基板的MOCVD外延生长

结合 AlN 成核缓冲层技术和NH3流量调制缓冲层方法,采用 MOCVD 在(0001)面蓝宝石衬底上生长了 AlN 基板,用扫描电镜、原子力显微镜及 X 射线衍射仪对样品进行了表征,结果表明基板无裂纹,其平均粗糙度为0.35 nm,(0002)和(1012)回摆曲线 FWHM 分别为 37"和712".详细论述了AlN基板的生长模式、位错行为和应力释放途径.     

应用厚缓冲层实现蓝宝石上高质量AlN外延层的MOCVD生长

在蓝宝石衬底上采用由低温AlN成核层、中温AlN生长层、温度渐变AlN生长层和高温AlN生长层组成的厚三维生长缓冲层来实现AlN外延层位错密度的减少和应力的释放.用光学显微镜、原子力显微镜(AFM)及X射线衍射仪对样品进行了表征,结果表明所生长外延层表面无裂纹,并显示出清晰的阶梯流表面形貌,其平均粗糙度为0.160 nm,KOH腐蚀坑密度为5.8×108 cm-2,(0002)和(10-12)回摆曲线FWHM分别为210”和396”.详细论述了AlN外延层的生长模式、位错行为和应力释放途径.     

蓝宝石衬底上AlGaN外延材料的低压MOCVD生长

采用低温AlN成核层在1180℃温度下在(0001)蓝宝石衬底上用低压MOCVD设备生长了AlGaN外延层.Al组分高达0.6、厚度大于1μm的AlGaN外延层表面光亮,晶体质量较好,(0002)X射线衍射回摆曲线半峰宽FWHM为853弧秒.当反应室气压从5×103Pa降到2×103Pa后, AlGaN 外延层的生长速率和固相Al组分都显著提高.     

AlN外延薄膜的生长和特征

文章研究了AlN薄膜的晶体质量、表面形貌、应力等性质与AlN生长工艺的依赖关系。通过对低温成核厚度、成核温度和高温生长AlN所用Ⅴ／Ⅲ比的研究，制备出了具有较好晶体质量的AlN薄膜。高分辨三晶X射线衍射给出AlN薄膜的（002）和（105）的半高宽分别为16．9arcsec和615arcsec，接近国际上报道的较好结果。原子力显微镜对表面形貌的分析表明AlN薄膜的粗糙度为5．7nm。拉曼光谱表明E2（high）模向高能方向移动，说明蓝宝石上外延的AlN薄膜处于压应变状态。光学吸收谱在204nm处具有陡峭的带边吸收，也表明了AlN外乏正薄膜具有辅好妯晶体盾量。     

蓝宝石衬底上单晶InN薄膜的MOCVD生长

采用非掺GaN为缓冲层,利用金属有机物气相沉积(MOCVD)方法在蓝宝石衬底上获得了晶体质量较好的InN单晶薄膜.用光学显微镜观察得到的InN薄膜,表面无铟滴生成.INN(0002)X射线双晶衍射摇摆曲线的半峰宽为9.18;原子力显微镜测得的表面平均粗糙度为18.618nm;Hall测量得到的InN薄膜的室温背景电子浓度为1.08×1019cm-3,相应的迁移率为696cm2/(V·s).     

蓝宝石衬底上单晶InN薄膜的MOCVD生长

采用非掺GaN为缓冲层,利用金属有机物气相沉积(MOCVD)方法在蓝宝石衬底上获得了晶体质量较好的InN单晶薄膜.用光学显微镜观察得到的InN薄膜,表面无铟滴生成.INN(0002)X射线双晶衍射摇摆曲线的半峰宽为9.18;原子力显微镜测得的表面平均粗糙度为18.618nm;Hall测量得到的InN薄膜的室温背景电子浓度为1.08×1019cm-3,相应的迁移率为696cm2/(V·s).     

MOCVD系统中AlN生长速率的研究

文章研究了MOCVD系统中影响AlN生长速率的机制。我们通过在位监控曲线控制生长过程,改变了不同的生长条件,得到了AlN生长速率与生长温度、反应室压力、NH3 流量、TMAl流量等生长参数的关系。实验发现,AlN生长速率与生长温度、反应室压力、NH3 流量等参数之间表现出反常的依赖关系。我们认为,MOCVD系统中存在Al原子的寄生反应,导致了反常现象的发生。AlN生长速率与TMAl流量的关系进一步证明了这一点。实验结果表明,较低的生长温度、较小的反应室压力能够有效地提高AlN生长速率,同时也将有利于提高Al2GaN材料中的Al组分。     

AlN外延薄膜的生长和特征

文章研究了AlN薄膜的晶体质量、表面形貌、应力等性质与AlN生长工艺的依赖关系。通过对低温成核厚度、成核温度和高温生长AlN所用Ⅴ／Ⅲ比的研究，制备出了具有较好晶体质量的AlN薄膜。高分辨三晶X射线衍射给出AlN薄膜的(002)和(105)的半高宽分别为16．9arcsec和615arcsec，接近国际上报道的较好结果。原子力显微镜对表面形貌的分析表明AlN薄膜的粗糙度为5．7nm。拉曼光谱表明E2(high)模向高能方向移动，说明蓝宝石上外延的AlN薄膜处于压应变状态。光学吸收谱在204nm处具有陡峭的带边吸收，也表明了AlN外延薄膜具有较好地晶体质量。     

蓝宝石衬底上生长AlGaN/AlN结构的应变分析

采用低温和高温AlN复合缓冲层的方法在蓝宝石衬底上外延生长AlGaN/AlN结构,并进行了应变分析.通过X射线双晶衍射ω-2θ扫描曲线和拟合曲线分析发现,AlN是由两个不同弛豫度的应变缓冲层组成,弛豫度分别为96%和97.2%.AlN缓冲层在低温下不完全弛豫,导致高温下存在一个继续弛豫过程.X射线双晶衍射和透射光谱分析发现,AlGaN层Al组分由于未知的AlGaN弛豫度而无法确定.对AlGaN带隙公式和实验结果进行拟合,推算出弯曲系数为1.05 eV,这与已有文献相吻合.     

不同衬底上氧化锌薄膜的金属有机化学气相沉积方法生长

氧化锌薄膜通过金属有机化学气相沉积方法生长在康宁玻璃与α-蓝宝石衬底上,研究了有关薄膜的生长质量与发光特性.通过X光衍射方法测试研究发现,不仅在以α-蓝宝石为衬底的样品中,同时,在以玻璃为衬底的样品中都发现了氧化锌(0 0 2)方向生长的尖峰,表明生长在两种衬底上的样品都是高度的C向生长.对两种样品的荧光谱研究发现,两者的紫外峰位于374 nm附近,在以α-蓝宝石为衬底的样品中,有深能级发射,但在以玻璃为衬底的样品中没有发现,表明在玻璃衬底上我们生长出了高质量的氧化锌薄膜.通过原子力显微镜,对生长在两种衬底上薄膜的表面形貌做了观察,其晶粒的大小与表面粗糙度有一定的差别,表明二者都是以柱状形式生长的.     

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。     

Mg掺杂的AlGaN的MOCVD生长

文章主要研究利用金属有机物化学汽相沉积（MOCVD）方法制备的Mg掺杂AlGaN薄膜。根据Raman光谱对Mg掺杂AlGaN薄膜应力和X射线摇摆曲线对晶体质量的研究表明引入高温AlN插入层能有效调节应力，并提高薄膜质量，降低位错密度。实验发现在保持Mg掺杂量不变的情况下，随着Al组分的上升，材料中出现大量岛状晶核，粗糙度变大，晶体质量下降，由三维生长向二维生长的转变更加困难。同时研究发现Al组分的上升和Mg掺杂量的增加都会使得螺位错密度上升；Mg的掺杂对于刃位错有显著影响，而Al组分的上升对刃位错无明显影响。经过退火温度对空穴浓度影响的研究，发现对于P型Al0.1Ga0.9N样品，900℃为比较理想的退火温度。