100mm直径硅衬底上MOCVD外延生长无裂纹GaN

为实现在100 mm直径硅衬底上金属有机物化学气相外延(MOCVD)生长无裂纹GaN,系统研究了预铺铝时间参数对AlN成核质量的影响、不同厚度条件下AlN层对GaN生长的影响以及Al组分渐变的AlGaN缓冲层对GaN裂纹抑制的效果。实验结果表明,适当的预铺铝时间可以显著提高AlN成核层晶体质量,合理的AlN层厚度有助于上层GaN的生长,AlN与GaN之间AlGaN缓冲层的引入可以有效抑制GaN裂纹的产生。最后,采用高分辨率X射线衍射(HRXRD)测试了MOCVD外延生长的无裂纹GaN材料,得到AlN(002)面、GaN(002)面和GaN(102)面的衍射峰半峰宽(FWHM)分别为1 382,550和746 arcsec。     

金刚石基底上制备(002)AlN薄膜的研究

首先采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法,在O2/H2/CH4混合气体气氛下利用大功率微波在(100)Si片上生长出了异质外延金刚石膜,X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱和场发射扫描电子显微镜(FESEM)对薄膜的表征分析结果表明,制备的金刚石膜具有很高的金刚石相纯度,且晶粒排列紧密;继而采用射频磁控反应溅射法,在抛光的金刚石基底上成功制备了高C轴择优取向的氮化铝(AlN)薄膜,研究了不同的溅射气压、靶基距对AlN薄膜制备的影响,XRD检测结果表明,溅射气压低,靶基距短,有利于AlN(002)面择优取向,相反则更有利于AlN薄膜的(103)面和(102)面择优取向;研究了AlN薄膜在以N终止的金刚石基底和纯净金刚石基底两种表面状态上的生长机制,结果发现,以N终止的金刚石基底非常有利于AlN(002)面择优取向生长;从Al-N化学键的形成以及溅射粒子平均自由程的角度,探讨了其对AlN薄膜择优取向的影响。     

高Al组分AlGaN材料优化生长与组分研究

研究了金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)系统外延高Al组分较厚AlGaN薄膜材料的生长技术。实验发现,AlGaN/GaN结构中的AlGaN材料的相分离现象可能是由于过低的生长V/III以及材料所受的张应力状态所致,而V/III过高时则会出现Al源的并入效率饱和。采用AlN过渡层技术,外延生长了表面无裂纹的45%Al组分较厚(100～200nm)AlGaN薄膜材料。所得材料的Al组分与气相Al组分相同,(0002)面X射线衍射(XRD)双晶摇摆曲线半高宽(FWHM)为376arcsec,并发现AlN过渡层的质量影响着其上AlGaN材料的Al组分与晶体质量。实验观察到AlGaN材料的表面形貌随着样品中Al组分的增加从微坑主导模式逐步转变为微裂主导模式,采用AlN过渡层可延缓这一转变。     

预辅Al及AlN缓冲层厚度对GaN/Si(111)材料特性的影响

主要研究了采用高温AlN缓冲层外延生长GaN/Si(111)材料的工艺技术。利用高分辨X射线双晶衍射(HRXRD)分析研究了GaN/Si(111)样品外延层的应变状态和晶体质量,通过原子力显微镜(AFM)分析研究了不同厚度的高温AlN缓冲层对GaN外延层的表面形貌的影响。实验结果表明,AlN缓冲层生长前预通三甲基铝(TMAl)的时间、AlN缓冲层的厚度对GaN外延层的应变状态、外延层的晶体质量以及表面形貌都有显著影响。得到最优的预辅Al时间为10s,AlN缓冲层的厚度为40nm。在此条件下外延生长的GaN样品(厚度约为1μm)表面形貌较好,X射线衍射(XRD)双晶摇摆曲线半峰全宽(FWHM)(0002)面和(10-12)面分别为452″和722″。     

Ge(211)衬底上分子束外延CdTe薄膜

采用分子束外延在3英寸Ge(211)衬底上生长了10 μm厚的CdTe(211)B薄膜.CdTe表面镜面光亮,3英寸范围厚度平均值9.72 μm,偏差0.3 μm;薄膜晶体质量通过X射线双晶迴摆曲线进行评价,FWHM平均值80.23 arcsec,偏差3.03 arcsec; EPD平均值为4.5×106cm-2.通过...     

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。     

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.     

氮氩体积流量比对AlN薄膜生长取向、晶体质量及沉积速率的影响及机理分析

采用反应磁控溅射法,在溅射气压、溅射功率和衬底温度恒定的条件下,通过调控氮氩体积流量比,在单晶Si衬底上制备AlN薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)研究氮氩体积流量比对AlN薄膜的生长取向、晶体质量及沉积速率的影响规律并分析其机理。结果显示,提高氮氩体积流量比有利于AlN薄膜(002)择优取向的生长,但过高的氮氩体积流量比会降低薄膜的沉积速率。在溅射气压为5 mTorr(1 Torr=133.3 Pa)、溅射功率为500 W、衬底温度为200℃、氮氩体积流量(cm³/min)比为14∶6时,在单晶Si衬底上可以制备出质量较好的,具有良好(002)择优取向的AlN薄膜。研究结果可为反应磁控溅射制备高质量AlN薄膜提供工艺参数设置规律指导。     

硅衬底GaN基LED外延生长的研究

采用在AlN缓冲层后原位沉积SiN掩膜层,然后横向外延生长GaN薄膜.通过该法在硅衬底上获得了1.7 μm无裂纹的GaN薄膜,并在此基础上外延生长出了GaN基发光二极管(LED)外延片,其外延片的总厚度约为1.9 μm.采用高分辨率双晶X-射线衍射(DCXRD)、原子力显微镜(AFM)测试分析.结果表明,GaN薄膜(0002)面的半峰全宽(FWHM)降低到403 arcsec,其表面平整度得到了很大的改善;InGaN/GaN多量子阱的界面较平整,结晶质量良好.光致发光谱表明,GaN基LED峰值波长为469.2 nm.     

溅射功率对AlN/ZnO薄膜结构形貌的影响

采用直流反应磁控溅射法以ZnO为缓冲层在Si衬底上制备了AlN/ZnO薄膜。利用台阶仪、X线衍射(XRD)仪和原子力显微镜(AFM)对不同溅射功率下制备的AlN/ZnO薄膜的厚度、结构及表面形貌进行测试表征。结果表明,不同溅射功率下生长的AlN薄膜都沿(002)择优生长,且随着功率的增大,薄膜的沉积速率增加,晶粒长大,AlN薄膜的(002)取向性变好。同时还利用扫描电子显微镜(SEM)对在优化工艺下制得AlN/ZnO薄膜断面的形貌进行表征,结果显示AlN薄膜呈柱状生长。     

(100)取向AlN薄膜的制备及其压电性能研究

采用射频磁控溅射法,在Si(100)衬底(含Au导电层)上制备了(100)取向的AlN薄膜并研究了工作压强和溅射功率对制备的AlN薄膜性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)分析了薄膜结构特性,结果表明,在一定范围内,工作压强的增加和溅射功率的减小更有利于AlN(100)晶面择优取向的生长。利用压电力显微镜(PFM)对AlN薄膜的形貌和压电性能进行了表征,发现(100)择优取向的AlN薄膜的压电性主要表现在薄膜面内方向上。     

AlGaN基p-i-n型日盲紫外探测器材料的研制

采用金属有机气相外延(MOCVD)方法在(0001)面蓝宝石衬底上生长了AlN和高铝组分AlGaN材料。通过优化AlN和AlGaN材料的生长温度、生长压力和Ⅴ族元素/Ⅲ族元素物质的量比(nⅤ/Ⅲ)等工艺条件,得到了高质量的AlN和高铝组分AlGaN材料。AlN材料X射线双晶衍射ω(002)半宽为74 arcsec,透射光谱测试带边峰位于205 nm,带边陡峭;Al组分为45%的AlGaN材料X射线双晶衍射ω(002)半宽为223 arcsec,透射光谱测试带边峰位于272 nm,带边陡峭。采用此外延工艺方法生长了AlGaN基p-i-n型日盲紫外探测器材料并进行了器件工艺流片,研制出AlGaN基p-i-n型日盲紫外探测器,响应峰值波长为262 nm,在零偏压下的峰值响应度达到0.117 A/W。     

RF偏置功率对磁控溅射AlN薄膜性能的影响北大核心

采用射频（RF）反应磁控溅射法,以氩气和氮气为反应气体,在不同的RF偏置功率下,在Si（100）和Si（111）衬底上制备了具有六方纤锌矿结构的AlN薄膜。使用扫描电子显微镜（SEM）表征了薄膜的截面形貌和厚度;利用原子力显微镜（AFM）和X射线衍射仪（XRD）研究了RF偏置功率对Si（111）和Si（100）衬底上沉积的AlN薄膜微观结构和表面粗糙度的影响。结果表明,在RF偏置功率为5~15 W时,两种衬底均可生长（002）择优取向AlN薄膜。RF偏置功率为20 W时,AlN薄膜（002）择优取向变弱,薄膜质量变差。当RF偏置功率为10 W时,Si（111）和Si（100）两种衬底沉积的AlN薄膜的半高宽（FWHM）值和表面均方根粗糙度均最小,其表面均方根粗糙度的最小值分别为2.427和2.836 nm。     

利用平片蓝宝石衬底制备高功率垂直结构LED

在平片蓝宝石衬底上,通过引入AlN缓冲层,优化成核层与粗糙层的生长条件,生长出了表面平整的GaN薄膜,晶体质量得到显著提升。通过引入AlN缓冲层,将X射线衍射(XRD)下样品(002)面的半高宽(FWHM)由232″降低至148″;通过减薄成核层厚度、提升粗糙层生长压力,将样品(102)面和(100)面的FWHM分别由243″和283″降低至169″和221″。研究了不同成核层和粗糙层的生长参数对GaN薄膜表面形貌的影响,随着(102)面和(100)面FWHM的降低,表面平整度亦得到改善,粗糙度由约3.8 nm下降到约1.6 nm。利用优化后的底层条件生长了高质量GaN薄膜,在3.5 A/mm^2电流密度下,与参考样品相比,制备出的LED样品的光输出功率由863 mW提升至942 mW,提升了约9%。     

PVT法同质籽晶AlN晶体生长

为了获得高质量AlN晶体,通过物理气相传输(PVT)法,采用AlN籽晶进行AlN晶体生长,并通过双温区加热装置对衬底与原料之间的温差进行调节。研究结果表明,籽晶形核阶段,随着AlN籽晶与原料顶温差的减小,AlN的形核机制呈现三种模式,分别为岛生长模式、畴生长模式和螺旋位错生长模式;晶体生长阶段,通过增加AlN籽晶与原料顶温差来提高晶体生长速率,采用10℃/h的变温速率将温差从10℃增加为30℃时,AlN晶体生长模式不变,仍然保持螺旋位错生长模式,该生长模式下获得的AlN晶体结晶质量最高,(0002)面摇摆曲线半峰宽(FWHM)约为55 arcsec。     

直流磁控反应溅射制备硅基AIN薄膜

采用直流磁控反应溅射法,在Si(100)和Pt/Ti/Si(100)上制备了AlN薄膜。用X-射线衍射(XRD)、电镜扫描(SEM)、原子力显微(AFM)对薄膜的晶向结构和表面形貌进行了分析,研究了不同工艺参数对薄膜择优取向的影响,分析了AlN晶粒生长的有关机理。制备出的AlN薄膜显示出较好的(002)面择优取向性,半高宽(FWHM)为0.35°～0.40°,折射率约为2.07。     

等离子体增强原子层沉积制备压电AlN薄膜

采用等离子体增强原子层沉积(PEALD)技术在单晶硅衬底上成功制备了具有(002)晶面择优取向的氮化铝(AlN)晶态薄膜,为设计新型压电功能器件提供了思路.利用椭圆偏振光谱仪(SE)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)对.样品的生长速率、表面形貌、晶体结构、薄膜成分进行了表征和分析.结果 表明,在250℃沉积温度下,以N2H2和Ar的混合气体的等离子体作为共反应物,在相同工艺条件下仅增加前驱体三甲基铝(TMA)脉冲注入之后的氮气吹扫时间(tp1),制备的AlN薄膜的(002)晶面择优取向趋于显著,说明tp1的增加可以促进Al和N原子的有序排列,并促进(002)晶面择优取向形成.实验中,tp1为30 s且循环次数为1150时,PEALD制备的AlN薄膜表面平整光滑,均方根表面粗糙度为0.885 nm,(002)晶面衍射峰最明显,薄膜中氧原子数分数为11.04％,氧原子在AlN薄膜中形成氧缺陷并形成一种稳定的基于八面体配位铝的新型氧缺陷相,XPS结果证明了N-O-Al键的形成.     

复合氮化铝压电薄膜研制及其应用

采用中频(MF,40 kHz)双S枪磁控反应溅射制备出了氮化铝(AlN)压电薄膜;采用直流磁控溅射法制作了Mo电极薄膜;采用脉冲DC磁控溅射Au、Cr、Al靶分别制作Au/Cr底电极薄膜及Al/Cr顶电极薄膜。通过对AlN压电薄膜、Mo及Au电极薄膜进行了X线衍射(XRD)分析,结果表明,复合AlN压电薄膜(002)面、Mo薄膜(110)面及Au薄膜(111)面择优取向优良,说明选用Al/Cr/AlN/Au/Cr/YAG复合结构压电薄膜能研制出Ku波段及K波段声体波微波延迟线(BAWDL), 其Ku及K波段BAWDL器件插入损耗分别低至43.7 dB、54.6 dB。     

MPCVD金刚石薄膜的红外椭偏光学性能研究

椭圆偏振光谱法是一种非破坏性光谱技术。为了获得微波等离子体化学汽相沉积(MPCVD)金刚石薄膜的最佳沉积条件,用红外 椭圆偏振光谱仪对MPCVD金刚石薄膜的红外光学性能进行了表征测量,并分析了衬底温度和反应室的压强对金刚石 薄膜的红外光学性质的影响。当甲烷浓度不变,衬底温度为750℃,反应室的压强为4.0kPa时,金刚石膜的红外椭偏光学性质达到最 佳,其折射率的平均值为2.393。研究结果表明,金刚石薄膜的光学性能与薄膜质量密切相关,同时也获得了最佳的金刚石薄膜工艺 条件。     

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。