AlN成核层厚度对Si上外延GaN的影响

采用低温AlN成核层,在Si(111)衬底上,用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法生长了GaN薄膜。采用高分辨X射线衍射(XRD)、椭圆偏振光谱仪和原子力显微镜(AFM)研究了AlN成核层的厚度对GaN外延层的影响。对AlN的测试表明,AlN的表面粗糙度(RMS)随着厚度增加而变大。对GaN的测试表明,所有GaN样品在垂直方向处于压应变状态,并且随AlN厚度增加而略有减弱。GaN的(0002)_ω扫描的峰值半宽(FWHM)随着AlN成核层厚度增加而略有升高,GaN(10-12)_ω扫描的FWHM随着厚度增加而有所下降。(10-12)_ω扫描的FWHM与GaN的刃型穿透位错密度相关,A1N成核层的厚度较大时会降低刃型穿透位错密度,并减弱c轴方向的压应变状态。     

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。     

高温形核层对蓝宝石衬底AlN薄膜质量的影响

采用两步生长模式的金属有机化学气相沉积方法在蓝宝石衬底上外延生长AlN薄膜,通过高分辨X射线衍射和原子力显微镜分析方法,研究发现蓝宝石衬底上外延生长的AlN薄膜晶体质量与高温AlN形核层的形核密度及晶粒大小密切相关,而形核密度决定于高温AlN形核层的初始铝体积流量,晶粒的大小取决于其厚度。优化了高温AlN形核层的初始铝体积流量和厚度等工艺参数。当高温AlN形核层的初始铝体积流量为30 cm3/min、生长时间为9 min时,高温AlN形核层的形核密度和晶粒大小最优,外延生长的AlN薄膜位错密度最低,表面最平整,晶体质量最好。     

插入δAl/AlN缓冲层在Si(111)上生长GaN

采用MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)生长方法,对比在AlN层上加入δAl/AlN缓冲层和不加入δAl/AlN缓冲层两种生长结构,在Si(111)衬底上生长GaN.实验结果表明,在加入δAl/AlN缓冲层后,GaN外延层的裂纹密度得到了有效的降低,晶体质量也得到了明显的提高.通过MOCVD生长方法,利用光学显微镜、XRD和Raman等分析测试手段,研究了δAl/AlN缓冲层对GaN外延层的影响,获得了裂纹密度小、晶体质量高的GaN材料.     

插入δAl/AlN缓冲层在Si(111)上生长GaN

采用MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)生长方法,对比在AlN层上加入δAl/AlN缓冲层和不加入δAl/AlN缓冲层两种生长结构,在Si(111)衬底上生长GaN.实验结果表明,在加入δAl/AlN缓冲层后,GaN外延层的裂纹密度得到了有效的降低,晶体质量也得到了明显的提高.通过MOCVD生长方法,利用光学显微镜、XRD和Raman等分析测试手段,研究了δAl/AlN缓冲层对GaN外延层的影响,获得了裂纹密度小、晶体质量高的GaN材料.     

蓝宝石衬底上侧向外延GaN中的位错降低

采用侧向外延(ELOG)方法,在制作了条形掩膜图形的GaN衬底上用MOCVD生长高质量GaN.AFM,化学湿法腐蚀及TEM分析表明:采用两步法ELOG生长的GaN中,掩膜下方的缺陷被掩膜所阻挡,窗口区内二次生长的GaN的位错也大幅降低;在相邻生长前沿所形成的合并界面处形成晶界;化学湿法腐蚀无法得到关于合并界面处缺陷的信息.侧翼区域中极低的穿透位错使得ELOG GaN适用于在其上制作高性能的氮化物基激光器.     

ZnO缓冲层的厚度对HVPE-GaN外延层的影响

为了得到高质量的GaN材料,首先在c面蓝宝石(Al2O3)衬底上射频磁控溅射不同厚度的ZnO缓冲层,然后采用氢化物气相外延(HVPE)法在ZnO缓冲层上生长约5.2μm厚的GaN外延层,研究ZnO缓冲层的厚度对GaN外延层质量的影响。用微分干涉显微镜(DIC)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)技术研究分析了GaN外延层的表面形貌、结晶质量和光学特性。结果表明,ZnO缓冲层的厚度对GaN外延层的特性有着重要的影响,200 nm厚的ZnO缓冲层最有利于高质量GaN外延层的生长。     

Si(111)衬底上生长的GaN的形貌与AlN缓冲层生长温度的关系

利用LP-MOCVD技术在Si(111)衬底上,用不同温度生长AlN缓冲层,再在缓冲层上外延GaN薄膜.采用高分辨率双晶X射线衍射(DCXRD)技术和扫描电子显微镜(SEM)分析这些样品,比较缓冲层生长温度对缓冲层和外延层的影响,并提出利用动力学模型解释这种温度的影响.进一步解释了GaN外延层表面形貌中"凹坑"的形成及"凹坑"与缓冲层生长温度的关系.结果表明,温度的高低通过影响缓冲层初始成核密度和成核尺寸来影响外延层表面形貌.     

Si(111)衬底上生长的GaN的形貌与AlN缓冲层生长温度的关系

利用LP-MOCVD技术在Si（111）衬底上,用不同温度生长AlN缓冲层,再在缓冲层上外延GaN薄膜．采用高分辨率双晶X射线衍射（DCXRD）技术和扫描电子显微镜（SEM）分析这些样品，比较缓冲层生长温度对缓冲层和外延层的影响，并提出利用动力学模型解释这种温度的影响．进一步解释了GaN外延层表面形貌中“凹坑”的形成及“凹坑”与缓冲层生长温度的关系．结果表明，温度的高低通过影响缓冲层初始成核密度和成核尺寸来影响外延层表面形貌．     

AlN缓冲层厚度对脉冲激光沉积技术生长的GaN薄膜性能的影响

在蓝宝石(Al2O3)衬底上应用脉冲激光沉积技术(PLD)生长不同厚度的AlN缓冲层后进行GaN薄膜外延生长。采用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)和扫描电子显微镜(SEM)对外延生长所得GaN薄膜的晶体质量和表面形貌进行了表征。测试结果表明:相比直接在Al2O3衬底上生长的GaN薄膜,通过生长AlN缓冲层的GaN薄膜虽然晶体质量较差,但表面较平整;而且随着AlN缓冲层厚度的增加,GaN薄膜的晶体质量和表面平整度均逐渐提高。可见,AlN缓冲层厚度对在Al2O3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。     

AlN缓冲层厚度对脉冲激光沉积技术生长的GaN薄膜性能的影响

在蓝宝石(Al2O3)衬底上应用脉冲激光沉积技术(PLD)生长不同厚度的AlN缓冲层后进行GaN薄膜外延生长。采用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)和扫描电子显微镜(SEM)对外延生长所得GaN薄膜的晶体质量和表面形貌进行了表征。测试结果表明: 相比直接在Al2O3衬底上生长的GaN薄膜, 通过生长AlN缓冲层的GaN薄膜虽然晶体质量较差, 但表面较平整; 而且随着AlN缓冲层厚度的增加, GaN薄膜的晶体质量和表面平整度均逐渐提高。可见, AlN缓冲层厚度对在Al2O3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。     

GaN缓冲层对生长InN薄膜的影响

采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法生长六方相InN薄膜，利用氮化镓(GaN)缓冲层技术制备了高质量薄膜，得到了其能带带隙0.7eV附近对应的光致发光光谱(PL). 通过比较未采用缓冲层，同时采用低温和高温GaN缓冲层，以及低温GaN缓冲层结合高温退火三种生长过程，发现低温GaN缓冲层结合高温退火过程能够得到更优表面形貌和晶体质量的InN薄膜，同时表征了材料的电学性质和光学性质. 通过对InN薄膜生长模式的讨论，解释了薄膜表面形貌和晶体结构的差异.     

GaN缓冲层上低温生长AIN单晶薄膜

采用电子回旋共振等离子体增强金属有机物化学气相沉积（ECR－PEMOCVD）技术，在α－Al2O3（0001）（蓝宝石）衬底上，分别以高纯氮气（N2）和三甲基铝（TMAl）为氮源和铝源低温生长氮化铝（AlN）薄膜。利用反射高能电子衍射（RHEED）、原子力显微镜（AFM）和X射线衍射（XRD）等测量样品，研究了AlN缓冲层和氮化镓（GaN）对六方AlN外延层质量的影响，实验表明在GaN缓冲层上能够低温生长出C轴取向的AlN单晶薄膜。     

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.     

Effect of In Situ Thermal Cycle Annealing on GaN Film Properties Grown on (001) and (111) GaAs, and Sapphire Substrates

The effect of in-situ thermal cycle annealing (TCA) has been investigated for GaN growth on GaAs(lOO), GaAs(111) and sapphire substrates. X-ray diffractometry (XRD) and surface morphology studies were performed for this purpose. Enhanced cubic phase characteristics were observed by employing annealingfor GaN layers grown on (001) GaAs. The thickness of the layer subject to annealing is critical in determining the phase of the subsequently grown layer. Thin initial layers appear to permit maintenance of the cubic phase characteristics shown by the substrate, while hexagonal phase characteristics are manifested for thick initial layers. Higher temperature of annealing of thick pre-annealed layers results in changes from mixed cubic/hexagonal phase to pure hexagonal phase. Growth on GaAs(111) substrates showed single cubic phase characteristics and similar enhancement of crystal quality by using TCA as for layers on GaAs(OOl). Micro-cracks were found to be present after TCA on GaAs(lll) substrates. Thermal cycling also appears to be beneficial for layers grown on sapphire substrates.     

缓冲层温度对Si(111)上GaN表面形貌影响

用不同温度的Al N缓冲层在Si(111)衬底上外延GaN薄膜。通过对薄膜表面扫描电子显微镜(SEM)和高分辨率双晶X射线衍射(DCXRD)的分析,研究了缓冲层生长温度对外延层表面形貌的影响,分析解释了表面形貌中凹坑的形成及缓冲层生长温度对凹坑的影响。结果表明:缓冲层生长温度通过影响缓冲层初始成核密度和成核尺寸来影响外延层表面形貌。较低温度下的Al N缓冲层,在衬底表面形成的成核颗粒因温度太低,无法运动到相邻的颗粒而结合成大的成核颗粒,因此成核密度高,成核尺寸小;高温生长的Al N缓冲层,成核颗粒有足够的能量运动到相邻的成核颗粒,因此使成核颗粒的尺寸增大,成核密度低。这种初始成核密度和尺寸的不同,造成外延层形貌的差异,如表面形貌中凹坑的密度和大小就是受初始成核的直接影响。通过实验和分析,提出了外延生长的物理模型。     

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