色散对GaN和ZnO的XRD摇摆曲线的影响

在用X射线双晶衍射研究GaN和ZnO结晶性能的实验中,观察到(102)非对称衍射摇摆曲线的半峰宽比(002)对称衍射更窄以及ZnO(002)摇摆曲线分裂的现象．经研究证实,这是由于Kα2线参与衍射引起的．通过计算Kα1和Kα2线在不同晶面衍射的分离角并与实验现象对比,阐明了GaN样品(102)半峰宽比(002)小以及ZnO(002)衍射峰分裂的原因．在此基础上,进一步分析了在使用不同参考晶体的双晶衍射系统中,GaN和ZnO的各晶面被X射线色散展宽的情况,并提出,在使用Si,Ge或GaAs的(220)面为参考晶面的双晶衍射仪中,GaN和ZnO的(002)和(102)面摇摆曲线的半峰宽受色散效应的影响小;而在使用Si,Ge或GaAs的(004)面为参考晶面的双晶衍射系统中,(002)和(102)面摇摆曲线的半峰宽受色散效应影响较大,此时(004)和(103)受色散影响小,因此用来表征晶体质量将更可靠．     

Si/SiGe/Si-SOI异质结构的同步辐射双晶貌相术和高分辨三轴晶X射线衍射

运用同步辐射双晶貌相术结合高分辨三轴晶X射线衍射对经原位低温热处理的Si/SiGe/Si-SOI异质结构进行研究,发现Si层(004)衍射峰两侧半高宽(FWHMs)处同步辐射双晶形貌像特征存在明显差异.对同步辐射双晶摇摆曲线中Si层(004)衍射峰的不对称性给予了解释,同时阐明了高分辨三轴晶X射线衍射2θ-ω扫描曲线中Si层(004)衍射双峰与Si层衍射结构的对应关系.     

ScAlN缓冲层厚度对Si(100)衬底上GaN外延层的影响

采用脉冲直流磁控溅射方法在Si(100)衬底上制备了ScAlN薄膜。以溅射的ScAlN作为缓冲层,在Si(100)衬底上用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术外延了GaN薄膜。使用高分辨X射线衍射、原子力显微镜和拉曼光谱研究了ScAlN缓冲层的厚度对ScAlN缓冲层和GaN外延层的影响。研究结果表明,ScAlN缓冲层的厚度是影响GaN薄膜晶体质量的重要因素。随着ScAlN厚度的增加,ScAlN的(002)面X射线衍射摇摆曲线半高宽持续减小,GaN的(002)面X射线衍射摇摆曲线半高宽先减小后增大。当ScAlN缓冲层厚度为500nm时,得到的GaN晶体质量最好,其中GaN(002)面的X射线衍射摇摆曲线半高宽为0.38°,由拉曼光谱计算得到的张应力为398.38MPa。     

Si/SiGe/Si-SOI异质结构的同步辐射双晶貌相术和高分辨三轴晶X射线衍射

运用同步辐射双晶貌相术结合高分辨三轴晶X射线衍射对经原位低温热处理的Si/SiGe/Si-SOI异质结构进行研究，发现Si层（004）衍射峰两侧半高宽（FWHMs）处同步辐射双晶形貌像特征存在明显差异．对同步辐射双晶摇摆曲线中Si层（004）衍射峰的不对称性给予了解释，同时阐明了高分辨三轴晶X射线衍射2θ-ω扫描曲线中Si层（004）衍射双峰与Si层衍射结构的对应关系．     

退火温度对ZnO薄膜结构和发光性能的影响

采用常压金属有机物化学气相淀积法在(0001)Al2O3衬底上生长出高质量ZnO单晶膜,在空气中进行了710～860℃不同温度的退火处理.用X射线双晶衍射、光致发光法研究了退火温度对ZnO薄膜的结构、发光性能的影响.ZnO(002)面X射线双晶ω扫描曲线的半高宽(FWHM) 随退火温度的升高变小,770℃后基本保持不变,ZnO(102)面双晶ω扫描曲线的FWHM一直变小.770℃退火后ZnO样品X射线ω-2θ扫描曲线中出现ZnO2(200)衍射峰.同时,光致发光测试表明,随着退火温度升高,带边发光强度减弱,与深能级有关的绿带发光出现并逐渐增强.通过ICP刻蚀,去除退火后样品的表面层,ω-2θ扫描曲线中ZnO2(200)衍射峰和PL谱中绿带发光均消失,表明ZnO2相和深能级缺陷在样品表面.     

射频溅射ZnO作缓冲层的HVPE法生长GaN厚膜

在低温HVPE-GaN/c-Al2O3模板上射频溅射ZnO作为缓冲层,采用氢化物气相外延(HVPE,hydridevapoarphaseepitaxy)法外延生长了高质量的GaN320μm厚膜。用高分辨率双晶X射线衍射仪(DCXRD)、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)分析了制备的GaN厚膜特性。结果表明,GaN(0002)面的X射线摇摆曲线衍射峰半高宽(FWHM)为336.15arcsec,穿透位错密度(TDD)为107cm-2,外延生长的GaN厚膜晶体质量较好,可以作为自支撑GaN衬底。     

退火温度对ZnO薄膜结构和发光性能的影响

采用常压金属有机物化学气相淀积法在(0001)Al2O3衬底上生长出高质量ZnO单晶膜,在空气中进行了710～860℃不同温度的退火处理．用X射线双晶衍射、光致发光法研究了退火温度对ZnO薄膜的结构、发光性能的影响．ZnO（002）面X射线双晶ω扫描曲线的半高宽(FWHM) 随退火温度的升高变小,770℃后基本保持不变,ZnO（102）面双晶ω扫描曲线的FWHM一直变小．770℃退火后ZnO样品X射线ω-2θ扫描曲线中出现ZnO2（200）衍射峰．同时,光致发光测试表明,随着退火温度升高,带边发光强度减弱,与深能级有关的绿带发光出现并逐渐增强．通过ICP刻蚀,去除退火后样品的表面层,ω-2θ扫描曲线中ZnO2（200）衍射峰和PL谱中绿带发光均消失,表明ZnO2相和深能级缺陷在样品表面．     

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″。     

衬底温度对常压MOCVD生长的ZnO单晶膜的性能影响

以H2O作氧源,Zn(C2H5)2作Zn源,N2作载气,在50mm Al2O3(0001)衬底上采用常压MOCVD技术生长出高质量的ZnO单晶薄膜.用X射线双晶衍射、原子力显微镜和光致发光技术对样品进行了综合表征,报道了ZnO单晶膜的(102)非对称衍射结果.研究结果表明,在500～700℃范围内随生长温度升高,ZnO薄膜的双晶摇摆曲线半峰宽增宽,表面粗糙度减小,晶粒尺寸增大,在衬底温度为600℃时生长的ZnO膜的深能级发射最弱.     

衬底温度对常压MOCVD生长的ZnO单晶膜的性能影响

以H2O作氧源,Zn(C2H5)2作Zn源,N2作载气,在50mmAl2O3(0001)衬底上采用常压MOCVD技术生长出高质量的ZnO单晶薄膜.用X射线双晶衍射、原子力显微镜和光致发光技术对样品进行了综合表征,报道了ZnO单晶膜的(102)非对称衍射结果.研究结果表明,在500～700℃范围内随生长温度升高,ZnO薄膜的双晶摇摆曲线半峰宽增宽,表面粗糙度减小,晶粒尺寸增大,在衬底温度为600℃时生长的ZnO膜的深能级发射最弱.