不同V/III族元素比对m面GaN薄膜性能的影响

摘要：采用分子束外延（MBE）方法在蓝宝石衬底上外延生长m面GaN薄膜。利用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)分析了薄膜表面形貌,对比分析结果,发现V/III族元素比从1:80降低到1:90时,外延膜表面均方根粗糙度从13.08nm降低到9.07nm。利用光谱型椭偏仪研究m面GaN薄膜,通过物理模型建立和光谱拟合得到了m面GaN薄膜的厚度、折射率和消光系数。拟合结果显示,GaN样品厚度和理论值一致,且V/III族元素比为1:90时,所得外延膜折射率较低,透射率大。两种测试方法的结果表明,V/III族元素比较小的样品晶体质量高。     

Ⅲ/Ⅴ比对GaN等离子体辅助MBE生长的影响

在射频（RF）等离子体辅助分子束外延（MBE）系统中，采用低温缓冲层等一系列生长工艺制备出二维生长模式的GaN材料；通过研究Ⅲ／Ⅴ比的调节对GaN生长的影响，确定了微富Ga的MBE生长GaN的优化条件；对GaN富Ga和富N状态的表面形貌和结构进行了比较，富Ga条件下的GaN具有更好的表面和材料特性；通过Hall和光致发光（PL）谱测试研究了GaN的电学和光学性质，GaN的黄带发光（YL）与GaN中生成能最低的ⅤN和VGa缺陷态有关。     

m面蓝宝石衬底上ZnO外延薄膜的性能

采用自行研制的CVD设备在m面蓝宝石衬底上成功生长了微米级的ZnO外延薄膜.采用X射线衍射(XRD)和双晶X射线摇摆曲线(DXRD)研究了所生长ZnO薄膜的结构特征.利用扫描电子显微镜(SEM)观测了ZnO样品的截面,并测得其厚度.同时利用室温光致发光(PL)谱及霍尔(Hall)测试研究了ZnO外延薄膜的光学性质和电学性质.     

m面蓝宝石衬底上ZnO外延薄膜的性能

采用自行研制的CVD设备在m面蓝宝石衬底上成功生长了微米级的ZnO外延薄膜.采用X射线衍射(XRD)和双晶X射线摇摆曲线(DXRD)研究了所生长ZnO薄膜的结构特征.利用扫描电子显微镜(SEM)观测了ZnO样品的截面,并测得其厚度.同时利用室温光致发光(PL)谱及霍尔(Hall)测试研究了ZnO外延薄膜的光学性质和电学性质.     

m面非极性GaN材料MOCVD生长和特性

用MOCVD方法在(100)LiAlO2衬底上研制出m面的非极性GaN薄膜材料.研究了不同生长条件对材料特性的影响.通过优化生长,获得了非极化m面GaN单晶薄膜.     

m面非极性GaN材料MOCVD生长和特性

用MOCVD方法在(100)LiAlO2衬底上研制出m面的非极性GaN薄膜材料.研究了不同生长条件对材料特性的影响.通过优化生长,获得了非极化m面GaN单晶薄膜.     

NH3流量调控Ⅴ/Ⅲ比对HVPE生长GaN薄膜的影响

氢化物气相外延(HVPE)法具有生长成本低、生长条件温和、生长速率快等优点,被认为是生长高质量GaN单晶衬底的最有潜力的方法。为了优化HVPE生长GaN的条件,通过改变NH3流量调控Ⅴ/Ⅲ比(NH3流量与HCl流量之比)。通过建立简单的生长模型,对不同Ⅴ/Ⅲ比下GaN薄膜形态变化的机理进行了分析,研究了HVPE生长过程中氮源(Ⅴ族)和镓源(Ⅲ族)不同流量比对结晶质量和表面形貌的影响。实验结果表明,低Ⅴ/Ⅲ比会导致成核密度低,岛状晶胞难以合并;高Ⅴ/Ⅲ比会降低表面Ga原子的迁移率,导致表面高度差异大,结晶质量差。与Ⅴ/Ⅲ比为15.000和28.125相比,Ⅴ/Ⅲ比为21.250时更适合GaN薄膜生长,得到的晶体质量最高。     

在c面蓝宝石上生长的InN外延薄膜中位错与极性的TEM研究

有关GaN和富Ga的InGaN薄膜中的位错和极性已有TEM研究，而InN和富In的InGaN薄膜却少见报道。研究InN薄膜中的缺陷和极性对生长高质量的InN薄膜很有意义。本文用TEM研究在c面蓝宝石上分子束外延生长的InN（760nm）／GaN（245nm）／AlN（14nm）薄膜中的穿透位错和极性。     

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.     

Si衬底和Si-SiO_2-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     

不同生长条件对CdTe/GaAs外延薄膜表面形貌和光学性质的影响

本文利用分子束外延技术在GaAs(211)B衬底上外延CdTe(211)薄膜,系统研究不同工艺条件对CdTe外延薄膜的表面形貌和光学性质的影响。研究表明,在一定的生长温度下,在Te气氛下生长CdTe薄膜,增加CdTe:Te的束流比,可显著降低CdTe表面金字塔缺陷的尺寸和密度,当CdTe和Te束流比为6.5时,金字塔缺陷几乎消失,材料的表面平整度显著改善,X射线衍射(XRD)也表明CdTe晶体质量显著提高。进一步的拉曼光谱表明,随着CdTe和Te束流比的增加,Te的A₁峰减弱,CdTe LO和TO声子峰强度比增强。低温光致发光光谱(PL)研究也表明随着CdTe和Te束流比的增加,Cd空位的减少可以使与杂质能级相关的深能级区域的峰强降低,与此同时和晶体质量相关的自由激子峰半峰全宽减少,材料的光学质量明显改善。该研究为探索CdTe/GaAs外延材料的理想的工艺窗口以及相关机理,并为进一步以此为缓冲层外延高质量HgCdTe材料提供基础。     

分子束外延InAlSb/InSb晶体的质量研究

InAlSb/InSb薄膜材料的晶体质量会直接影响器件的性能。提高薄膜材料的晶体质量可以有效降低器件的暗电流,提高探测率和均匀性等。主要报道了掺铝锑化铟分子束外延技术的初步研究结果。通过采用多种测试方法对InAlSb分子束外延膜的晶体质量进行了分析,找出了影响晶体质量的因素,提高了InAlSb分子束外延的技术水平。实验结果表明,通过优化生长温度、束流比、升降温速率以及退火工艺等生长条件,可以获得高质量的InAlSb分子束外延膜。     

InSb缓冲层的波纹结构及其对InSb/GaAs外延薄膜电学性能的影响

采用分子束外延方法在GaAs(001)衬底上生长了InSb外延薄膜,其中采用"二步法"制备了不同厚度的低温InSb缓冲层结构.利用Mullins扩散模型对缓冲层的生长过程进行了具体演化.结合扩散模型的计算结果,通过原子力显微镜以及透射电子显微镜研究了InSb缓冲层表面的波纹结构对后续InSb薄膜生长的影响规律.研究表明,适"-3的缓冲层厚度有利于InSb薄膜的外延生长,缓冲层厚度超过60nm后,InSb薄膜表面的粗糙度明显增加,引入了大量位错导致外延薄膜的电性能下降,采用"二步法"生长30-50nm厚的InSb缓冲层比较合适.     

GaN{11-22}半极性面上生长InGaN/GaN多量子阱的研究

利用选择性横向外延技术生长{11-22}半极性面GaN模板,并利用半极性面模板生长InGaN/GaN多量子阱结构。结果表明,生长出的GaN模板由半极性面{11-22}面和c面组成,多量子阱具有390nm和420 nm的双峰发光特性,局域阴极发光(CL)测试表明390 nm附近的发光峰来源于半极性面上的量子阱发光,而420 nm左右的发光峰源于c面量子阱发光。c面量子阱发光相对于斜面量子阱发光发生显著红移是因为在选择性横向外延生长过程中,In组分相比Ga较易从掩模区域向窗口中心区域迁移,形成了中心高In组分的c面量子阱,而半极性面上InGaN/GaN多量子阱量子限制斯塔克效应相比于极性面会减弱,此外,相同生长条件下半极性面的生长速率低于极性c面的生长速率。     

ALE法对InSb/GaAs异质薄膜电学性能的改进

以GaAs(100)为衬底,采用原子层外延(ALE)的方法在GaAs缓冲层和常规InSb外延层间引入85个周期约30 nm的InSb低温缓冲层,以快速降低InSb和GaAs界面间较大的晶格失配(14.6%)对外延层质量造成的不利影响,从而改进异质外延薄膜的电学性能。实验结果显示,ALE低温缓冲层能较快地释放晶格失配应力,降低位错密度。室温和77 K的Hall测试显示,引入低温ALE缓冲层生长的InSb/GaAs异质外延薄膜,其InSb外延层本征载流子浓度和迁移率等电学性能较常规的方法有着较大的改进。     

γ-LiAlO2衬底上m面GaN薄膜的各向异性的测试和分析

A 0.09 mm m-plane GaN film is deposited via hydride vapor phase epitaxy （HVPE） on a γ-LiAlO2 substrate. To research the anisotropy between directions with different angles with the c-axis in the m plane, photoluminescence （PL） measurements were carried out. The results show that the electronic transition was influenced by the electric field along the c-axis, which results in an obvious anisotropy, but the influence was weakened by the hexagonal symmetry along the c-axis.     

p型InGaN/GaN超晶格N面GaN基LED的光电特性

随着氮(N)面GaN材料生长技术的发展,基于N面GaN衬底的高亮度发光二极管(LED)的研究具有重要的科学意义.研究了具有高发光功率的N面GaN基蓝光LED的新型结构设计,通过在N面LED的电子阻挡层和多量子阱有源层之间插入p型InGaN/GaN超晶格来提高有源层中的载流子注入效率.为了对比N面GaN基LED优异的器件性能,同时设计了具有相同结构的Ga面LED.通过对两种LED结构的电致发光特性、有源层中能带图、电场和载流子浓度分布进行比较可以发现,N面LED在输出功率和载流子注入效率上比Ga面LED有明显的提升,从而表明N面GaN基LED具有潜在的应用前景.     

与GaN晶格匹配的InAlN分子束外延生长及其性能北大核心CSCD

采用等离子体辅助的分子束外延(MBE)方法制备了InAlN外延薄膜,探讨了InAlN材料In原子数分数和生长条件的关系,以及等效束流强度(BEP)对材料质量的影响。绘制了InAlN关于温度与In和Al BEP的生长相图,经过优化后生长了与GaN晶格匹配的InAlN外延薄膜。使用高分辨率透射电子显微镜、X射线衍射仪、原子力显微镜和阴极荧光光谱(CL)对制备的InAlN材料进行了测试和表征。结果表明,InAlN/GaN异质界面清晰,In_(0.18)Al_(0.82)N外延材料(002)面X射线衍射峰半高宽为263 arcsec,表面粗糙度仅为0.23 nm,CL发光波长为283 nm,弯曲系数为5.2 e V,根据CL图像估算的材料位错密度约为2×108cm-2。     

As元素分子态对InGaAs/AlGaAs量子阱红外探测器性能的影响

对As2和As4两种不同分子态下利用分子束外延技术(MBE)生长的单层AlGaAs薄膜和GaAs基InGaAs/AlGaAs量子阱红外探测器(QWIP)的性能进行了研究,发现As2条件下生长的单层AlGaAs材料荧光强度更大、深能级缺陷密度更低;相对于As4较为复杂的吸附、生长机制引入的缺陷,在As2条件下生长的InGaAs/AlGaAs QWIP具有更低的暗电流密度、更好的黑体响应、更高的比探测率和更优异的器件均匀性。生长制备的InGaAs/AlGaAs QWIP在60K的工作温度、-2V偏压下,暗电流密度低至7.8nA/cm2,光谱响应峰值波长为3.59μm,4V偏压下峰值探测率达到1.7×1011 cm·Hz1/2·W-1。另外,通过As元素的不同分子态下InGaAs/AlGaAs QWIP光响应谱峰位的移动可以推断出As元素的不同分子态也会影响In的并入速率。     

金属原子吸附对GaN（0001）表面光学性能的调制

基于第一性原理计算，研究了实验中常用的金属（Ni、Ru和Au）等三种原子对GaN（0001）表面光学性质的调控。结果表明，电子从吸附原子中转移到GaN（0001）表面，Ni和Ru的吸附降低了GaN（0001）表面的功函数。在GaN（0001）表面的带隙中引入了杂质能级，使载流子跃迁的势垒高度降低，进而调节其光学性 。可以看到在低光子能量区所有光学曲线的主峰红移，而在高光子能量区所有光学曲线都出现收缩现象，所有光学曲线上特征峰的数量和位置都发生了明显的变化。此外，吸附金属原子后，GaN（0001）表面对可见光甚至红外光的吸收增强了，适用于较长波光的探测。