MOCVD生长的InGaN薄膜的离子束背散射沟道及其光致发光

采用MOCVD技术以Al2O3为衬底在GaN膜上生长了InGaN薄膜.以卢瑟福背散射/沟道（RBS/Channeling）技术和光致发光（PL）技术对InxGa1-xN/GaN/Al2O3样品进行了测试,获得了合金层的组分、厚度、元素随深度分布、结晶品质及发光性能等信息.研究表明生长温度和TMIn/TEGa比对InGaN薄膜的In组分和生长速率影响很大.在一定范围内,降低TMIn/TEGa比,InGaN膜的生长速率增大,合金的In组分反而提高.降低生长温度,InGaN膜的In组分提高,但生长速率基本不变.InGaN薄膜的结晶品质随In组分的增大而显著下降,InGaN薄膜的In组分由0.04增大到0.26,其最低沟道产额比由4.1%增至51.2%.InGaN薄膜中In原子易处于替位位置,在所测试的In组分范围,In原子的替位率均在98%以上.得到的质量良好的In0.04Ga0.96N薄膜的最低产额为4.1%.研究结果还表明用RBS技术和光致发光技术测定InGaN中In组分的结果相差很大,InGaN的PL谱要受较多因素影响,很难准确测定In组分,而以RBS技术得到的结果是可靠的.     

化学计量比的偏离对GaN的结晶品质及光电性能的影响

用 X射线光电子能谱对 MOCVD生长的未故意掺杂 Ga N单晶薄膜进行 N、 Ga组份测试 ,同时用 RBS/Channeling、 Hall测量和光致发光技术对样品进行结晶品质及光电性能研究 .结果表明 N含量相对低的 Ga N薄膜 ,其背景载流子浓度较高 ,离子束背散射沟道最小产额比 χmin较小 ,带边辐射复合跃迁较强 .在 N含量相对低的 Ga N薄膜中易形成 N空位 ,N空位是导致未故意掺杂的 Ga N单晶薄膜呈现 n型电导的主要原因 ;N空位本身对离子束沟道产额没有贡献 ,但它能弛豫 Ga N与 Al2 O3之间的晶格失配 ,改善生长的 Ga N薄膜的结晶品质     

生长Ga_xAl_yIn_(1-x-y)N的准热力学模型

提出一个以 TMGa、TMAl、TMIn和 NH3为源 ,用 MOVPE方法生长 Gax Aly In1 - x- y N四元合金的准热力学模型 .该模型假设四元合金是由氨和 族元素之间反应合成的 ,其特点是考虑了 NH3的分解效率 ,并用 N、H、Ga、 Al及 In的摩尔分数代替惯用的分压来表示质量守衡方程 .计算了各种生长条件对于与 Ga N晶格匹配的Gax Aly In1 - x - y N四元合金与注入反应室的 族金属有机化合物之间关系的影响 .计算表明 ,几乎所有达到生长表面的 Al和 Ga都并入到 Gax Aly In1 - x - y N四元合金中 ,而 In则富集在气相 .为增强铟的并入 ,应采用低的生长温度     

生长温度对MOCVD外延生长InGaN的影响

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法,在GaN/蓝宝石复合衬底上生长了InGaN薄膜,并研究了生长温度对InGaN薄膜的In组分、结晶品质和发光特性的影响.实验中发现随着生长温度的降低,InGaN薄膜中的In组分提高,但结晶品质显著下降.X射线衍射(XRD)联动扫描的结果显示即使在In组分增大至0.57时也没有发现相分离现象,光致发光(PL)谱测量的结果表明InGaN薄膜的PL峰位随着In组分升高而向低能方向移动,半高宽随着In组分增加而增加.     

生长温度对MOCVD外延生长InGaN的影响

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法,在GaN/蓝宝石复合衬底上生长了InGaN薄膜,并研究了生长温度对InGaN薄膜的In组分、结晶品质和发光特性的影响.实验中发现随着生长温度的降低,InGaN薄膜中的In组分提高,但结晶品质显著下降.X射线衍射(XRD)联动扫描的结果显示即使在In组分增大至0.57时也没有发现相分离现象,光致发光(PL)谱测量的结果表明InGaN薄膜的PL峰位随着In组分升高而向低能方向移动,半高宽随着In组分增加而增加.     

高质量立方相InGaN的生长

利用 LP- MOCVD技术在 Ga As( 0 0 1 )衬底上生长了高质量的立方相 In Ga N外延层 .研究了生长速率对 In Ga N质量的影响 ,提出一个简单模型解释了在改变 TEGa流量条件下出现的In组分的变化规律 ,实验结果与模型的一次项拟合结果较为吻合 ,由此推断 ,在现在的生长条件下 ,表面单个 Ga原子作为临界晶核吸附 Ga或 In原子实现生长的模型与实际情况较为接近 .对于晶体质量的变化也给予了说明 .得到的高质量立方相 In Ga N室温下有很强的发光峰 ,光致发光峰半高宽为 1 2 8me V左右 .     

MOCVD生长InGaAs／Alj0.2Ga0.8As应变多量子阱

用MOCVD方法生长了3种InGaAs/Al0.2Ga0.8As应变多量子阱（MQWs）样品，用于研究在气相中TMIn的含量对MQWs的发光波长和半峰宽（FWHM）以及在X射线中零级峰位的影响。研究表明，随着In组分在MQW中的增加，MQWs中应变也随之增加，这是造成FWHM增大的原因。同时也研究了应变MQWs中In组分与气相中TMIn含量的关系，为准确设计和控制MQWs的组分提供了依据。     

化学计量比的偏离对GaN的结晶品质及光电性能的影响

用X射线光电子能谱对MOCVD生长的未故意掺杂GaN单晶薄膜进行N、Ga组份测试,同时用RBS/Channeling、Hall测量和光致发光技术对样品进行结晶品质及光电性能研究.结果表明N含量相对低的GaN薄膜,其背景载流子浓度较高,离子束背散射沟道最小产额比χmin较小,带边辐射复合跃迁较强.在N含量相对低的GaN薄膜中易形成N空位,N空位是导致未故意掺杂的GaN单晶薄膜呈现n型电导的主要原因;N空位本身对离子束沟道产额没有贡献,但它能弛豫GaN与Al2O3之间的晶格失配,改善生长的GaN薄膜的结晶品质.     

InxGa1-xN合金薄膜In的表面分凝现象

用MOCVD方法在α-Al2O3 (0001）衬底上外延生长了InxGa1-xN合金薄膜. 测量结果显示：所制备的InxGa1-xN样品中In的组分随外延生长温度而改变，生长温度由620℃升高到740℃, In的组分由0.72降低到0.27. 这是由于衬底温度越高，In进入InxGa1-xN薄膜而成键的效率越低. 样品的X射线衍射谱和X射线光电子能谱均显示：在生长温度为620℃和690℃时所生长的InxGa1-xN样品中均存在明显的In的表面分凝现象；而生长温度升至740℃时所得到的InxGa1-xN样品中，In的表面分凝现象得到了有效抑制. 保持生长温度不变而将反应气体的V/III比从14000增加到38000, In的表面分凝现象也明显减弱. 由此可以认为，较高的生长温度使得In原子的表面迁移能力增强，In原子从InxGa1-xN表面解吸附的几率增大，而较高的V/III比则能增加N与In成键几率，从而有利于抑制In的表面分凝.     

InxGa1-xN合金薄膜In的表面分凝现象

用MOCVD方法在α-Al2O3(0001)衬底上外延生长了InxGa1-xN合金薄膜.测量结果显示:所制备的InxGa1-xN样品中In的组分随外延生长温度而改变,生长温度由620℃升高到740℃,In的组分由0.72降低到0.27.这是由于衬底温度越高,In进入InxGa1-xN薄膜而成键的效率越低.样品的X射线衍射谱和X射线光电子能谱均显示:在生长温度为620℃和690℃时所生长的InxGa1-xN样品中均存在明显的In的表面分凝现象;而生长温度升至740℃时所得到的InxGa1-xN样品中,In的表面分凝现象得到了有效抑制.保持生长温度不变而将反应气体的Ⅴ/Ⅲ比从14000增加到38000,In的表面分凝现象也明显减弱.由此可以认为,较高的生长温度使得In原子的表面迁移能力增强,In原子从InxGa1-xN表面解吸附的几率增大,而较高的Ⅴ/Ⅲ比则能增加N与In成键几率,从而有利于抑制In的表面分凝.     

InxGa1-xN合金薄膜In的表面分凝现象

用MOCVD方法在α-Al2O3(0001)衬底上外延生长了InxGa1-xN合金薄膜.测量结果显示:所制备的InxGa1-xN样品中In的组分随外延生长温度而改变,生长温度由620℃升高到740℃,In的组分由0.72降低到0.27.这是由于衬底温度越高,In进入InxGa1-xN薄膜而成键的效率越低.样品的X射线衍射谱和X射线光电子能谱均显示:在生长温度为620℃和690℃时所生长的InxGa1-xN样品中均存在明显的In的表面分凝现象;而生长温度升至740℃时所得到的InxGa1-xN样品中,In的表面分凝现象得到了有效抑制.保持生长温度不变而将反应气体的Ⅴ/Ⅲ比从14000增加到38000,In的表面分凝现象也明显减弱.由此可以认为,较高的生长温度使得In原子的表面迁移能力增强,In原子从InxGa1-xN表面解吸附的几率增大,而较高的Ⅴ/Ⅲ比则能增加N与In成键几率,从而有利于抑制In的表面分凝.     

MOVPE生长GaxAlyIn1-x-yN的准热力学模型

提出一个以TMGa、TMAl、TMIn和NH3为源,用MOVPE方法生长GaxAlyIn1-x-yN四元合金的准热力学模型.该模型假设四元合金是由氨和Ⅲ族元素之间反应合成的,其特点是考虑了NH3的分解效率,并用N、H、Ga、Al及In的摩尔分数代替惯用的分压来表示质量守衡方程.计算了各种生长条件对于与GaN晶格匹配的GaxAlyIn1-x-yN四元合金与注入反应室的Ⅲ族金属有机化合物之间关系的影响.计算表明,几乎所有达到生长表面的Al和Ga都并入到GaxAlyIn1-x-yN四元合金中,而In则富集在气相.为增强铟的并入,应采用低的生长温度,高的Ⅴ/Ⅲ比,氮载气而且须要设法降低到达生长界面前氨的分解.     

生长温度对In0.82Ga0.18As表面形貌和结晶质量的影响

采用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)技术,在InP衬底上外延生长In0.82Ga0.18As.研究生长温度对In0.82Ga0.18As表面形貌、结晶质量和Ⅲ族源铟镓比的影响.扫描电子显微镜观察样品的表面形貌.X射线衍射用于表征材料的组分和结晶质量.结果表明,生长温度强烈地影响In0.82Ga0.18As材料的表面形貌和结晶质量.样品的表面形貌随生长温度的增加由典型的2D生长模式过渡到3D生长模式.X射线衍射曲线半峰全宽为1224、1454、2221、2527 S,分别对应于生长温度为410、430、450、470℃四个样品.此外,Ⅲ族源铟镓比值也随生长温度的增加从0.42增大到4.62.     

MOCVD生长的InGaN薄膜中的相分离

利用X射线衍射(XRD)测量用MOCVD生长的In Ga N样品,观察到In N相.通过X射线衍射理论,计算得到In N相在In Ga N中的含量.通过退火和变化生长条件发现In N相在In Ga N薄膜中的含量与生长时N2 载气流量、反应室压力和薄膜中存在的应力有关.进一步的分析表明In Ga N合金中出现In N相的主要原因是相分离.     

InGaN/AlGaN双异质结绿光发光二极管

报道了用 LP- MOVPE技术在蓝宝石 ( α- Al2 O3)衬底上生长出以双掺 Zn和 Si的 In Ga N为有源区的绿光 In Ga N/Al Ga N双异质结结构 ,并研制成功发射波长为 52 0— 540 nm的绿光LED.     

ZnAl_2O_4/α-Al_2O_3衬底上GaN的生长

研究了直接在 Zn Al2 O4/α-Al2 O3 衬底上用 MOCVD法一步生长 Ga N薄膜 .利用脉冲激光淀积法在α-Al2 O3衬底上淀积了高质量 Zn O薄膜 ,对 Zn O/α-Al2 O3 样品在 110 0℃退火得到了具有 Zn Al2 O4覆盖层的 α-Al2 O3 衬底 ,并在此复合衬底上利用光加热低压 MOCVD法直接生长了纤锌矿结构 Ga N. X射线衍射谱表明反应得到的Zn Al2 O4层为 ( 111)取向 .扫描电子显微镜照片显示随退火时间从小于 3 0 min增加到 2 0 h,Zn Al2 O4表面由均匀的岛状结构衍变为突起的线状结构 ,相应的 Ga N X射线衍射谱表明 Ga N由 c轴单晶变为多晶 ,单晶 Ga N的摇摆曲线半高宽     

化学计量比的偏离对GaN的结晶品质及光电性能的影响

用X射线光电子能谱对MOCVD生长的未故障掺杂GaN单晶薄膜进行N、Ga组份测试,同时用RBS／Channeling,Hall测量和光致发光技术对样品进行结晶品质及光电性能研究。结果表明N含量相对低的GaN薄,其背景流子浓度较高,离子束背散射沟道最小产额比Xmin较小,带边辐射复合跃迁较强,在N含量相对低的GaN薄膜中易形成N空位,N空位是导致未故障掺杂的GaN单晶薄膜呈现n型电导的主要原因,N空位本身对离子束沟道产额没有贡献。但它能弛豫GaN与Al2O3之间的晶格失配,改善生长的GaN薄膜的结晶品质。     

MOCVD生长的全组分InGaN材料

利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)方法在C面蓝宝石衬底上制备了全组分InGaN薄膜,通过改变生长温度和In/Ga比例成功调控了InGaN合金组分和带隙宽度。利用不同的物理表征手段系统研究了InGaN薄膜的晶体结构和光电学性质,XRD和Hall等测试结果表明:富Ga的InGaN薄膜具有较好的晶体质量,背景电子浓度基本均比富In的InGaN低一个数量级。同时,结合光致发光谱和光学透射谱研究了InGaN合金带隙随In组分的变化关系。     

MOCVD生长P型GaN的掺Mg量的研究

使用 MOCVD技术在 Al2 O3衬底上生长了 Ga N∶ Mg薄膜 .通过对退火后样品的光电性能综合分析 ,研究了掺 Mg量对生长 P型 Ga N的影响 .结果表明 :要获得高空穴载流子浓度的 P型 Ga N,Mg的掺杂量必须控制好 .掺 Mg量较小时 ,Ga N∶ Mg单晶膜呈现 N型导电 ,得不到 P型层 ;掺 Mg量过大时 ,会形成与 Mg有关的深施主 ,由于深施主的补偿作用 ,得不到高空穴浓度的 P型 Ga N.生长 P型 Ga N的最佳 Cp2 Mg/TMGa之比在 1 /660— 1 /330之间     

生长温度对RF-MBE外延InAlGaN的影响

利用射频等离子体辅助分子束外延(RF-MBE)技术在蓝宝石衬底上外延了铟铝镓氮(InAlGaN)薄膜,研究了生长温度对RF-MBE外延InAlGaN薄膜的影响.X射线衍射测量结果表明,不同生长温度下外延生长的InAl-GaN薄膜均为单一晶向.卢瑟福背散射(RBS)测量结果表明,随着生长温度的提高,InAlGaN外延层中In的组分单调降低,Al和Ga的组分都有所增加.扫描电镜(SEM)的测试结果表明,在较高温度下(600和590℃)生长的In-AlGaN存在裂纹,580℃生长的四元合金表面比较平整,在570℃温度下生长的InAlGaN表面存在很多颗粒状突起.