Ⅴ/Ⅲ比和生长温度对RF-MBE InN表面形貌的影响

由于生长InN所需平衡氮气压较高,而且InN分解温度比较低,因此在生长InN时In原子很容易在表面聚集形成In滴,使InN外延膜的表面形貌变差,影响InN外延膜质量的提高.通过研究Ⅴ/Ⅲ比和生长温度对RFMBE生长InN外延膜表面形貌的影响,发现Ⅴ/Ⅲ比和生长温度对InN外延膜表面In滴的量有重要影响.通过选择合适的Ⅴ/Ⅲ比和生长温度,得到了表面平整光亮、无In滴的InN外延膜.     

V／III比和生长温度对RF-MBE InN表面形貌的影响

由于生长InN所需平衡氮气压较高，而且InN分解温度比较低，因此在生长InN时In原子很容易在表面聚集形成In滴，使InN外延膜的表面形貌变差，影响InN外延膜质量的提高. 通过研究V／III比和生长温度对RF-MBE生长InN外延膜表面形貌的影响，发现V／III比和生长温度对InN外延膜表面In滴的量有重要影响. 通过选择合适的V／III比和生长温度，得到了表面平整光亮、无In滴的InN外延膜.     

Ⅴ/Ⅲ比对InGaAs/InP的LPMOCVD生长的影响

介绍了利用LPMOCVD技术在InP衬底上生长In0.53Ga0.47As材料,获得表面平整、光亮的In0.53Ga0.47As外延层.研究了Ⅴ/Ⅲ比对表面形貌、结晶质量、电学质量的影响.在Ⅴ/Ⅲ比较低时,表面粗糙,要获得镜面状的表面形貌,Ⅴ/Ⅲ比必须大于40.Ⅴ/Ⅲ比对外延层结晶质量有影响.迁移率和本征载流子浓度随着Ⅴ/Ⅲ比的增加而增大.     

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.     

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.     

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.     

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。     

选择外延MOVPE的表面迁移

研究了采用选择外延MOVPE生长InGaAsP的组分随掩模宽度的变化规律,以及InGaAsP表面边缘尖角随Ⅴ/Ⅲ比的变化.结果表明,随着掩模宽度的增大,In组分增大,Ga 组分减少;随着Ⅴ/Ⅲ比的增大,InGaAsP 材料表面趋向平坦.对材料边缘尖角的变化规律作出了合理解释,研制出表面平坦的外延材料,为器件研制提供了有效的方法.     

不同Ⅴ/Ⅲ族元素比对m面GaN薄膜性能的影响?

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)分析薄膜表面形貌,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13.08 nm降低到9.07 nm。利用光谱型椭偏仪研究m面GaN薄膜,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。两种测试方法表明,Ⅴ/Ⅲ族元素比较小的样品晶体质量高。     

氮化时间对RF-MBE法生长InN薄膜晶体结构的影响

采用射频等离子体分子束外延(RF-MBE)技术在蓝宝石(Al2O3)衬底上外延生长了InN薄膜,在生长之前对其进行不同时间的氮化处理.通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对薄膜的形貌和结构进行了表征,发现氮化时间小于60 min时获得的InN薄膜的晶体结构为多晶且表面粗糙,而氮化时间为60 min及120 min时获得的InN薄膜为单晶结构,表面粗糙度有所下降.分析表明,氮化时间对InN薄膜的晶体结构有很重要的影响.     

蓝宝石衬底上单晶InN外延膜的RF-MBE生长

采用低温氮化铟(InN)缓冲层,利用射频等离子体辅助分子束外延(RF-MBE)方法在蓝宝石衬底上获得了晶体质量较好的单晶InN外延膜.用光学显微镜观察所外延的InN单晶薄膜,表面无铟滴.InN(0002)双晶X射线衍射摇摆曲线的半高宽为14′;用原子力显微镜测得的表面平均粗糙度为3.3nm;Hall测量表明InN外延膜的室温背景电子浓度为3.3×1018cm-3,相应的电子迁移率为262cm2/(V·s).     

大应变InGaAs/GaAs/AlGaAs微带超晶格中波红外QWIP的MOCVD生长

基于中波红外(峰值响应波长4.5μm)量子阱红外探测器QWIP进行了大应变In0.34Ga0.66As/GaAs/Al0.35Ga0.65As微带超晶格结构的MOCVD外延生长研究。通过对生长温度、生长速率、Ⅴ/Ⅲ比以及界面生长中断时间等生长参数的系统优化,获得了高质量的外延材料。     

蓝宝石衬底上单晶InN外延膜的RF-MBE生长

采用低温氮化铟(InN)缓冲层,利用射频等离子体辅助分子束外延（RF-MBE）方法在蓝宝石衬底上获得了晶体质量较好的单晶InN外延膜．用光学显微镜观察所外延的InN单晶薄膜,表面无铟滴．InN（0002）双晶X射线衍射摇摆曲线的半高宽为14′;用原子力显微镜测得的表面平均粗糙度为3.3nm;Hall测量表明InN外延膜的室温背景电子浓度为3.3e18cm－3,相应的电子迁移率为262cm2/（V·s）．     

InN薄膜的退火特性

对InN薄膜在氨气氛下的高温退火行为进行了研究.利用XRD,SEM和XPS对样品进行了分析.结果表明,InN薄膜的结晶质量和表面形貌并不随退火温度单调变化.由于高温退火时N原子的挥发,剩下的In原子在样品表面聚集形成In颗粒.当退火温度高于425℃时,In原子的脱吸附作用增加,从而导致样品表面的In颗粒在退火温度高于425℃时逐渐减少.XRD和SEM结果表明In颗粒密度最高的样品具有最差的结晶质量.这种现象可能是由于In颗粒隔离了其下面的InN与退火气氛的接触,同时,金属In和InN结构上的差异也可能在InN中导致了高密度的结构缺陷,从而降低了InN薄膜的结晶质量.     

InN薄膜的退火特性

对InN薄膜在氨气氛下的高温退火行为进行了研究.利用XRD,SEM和XPS对样品进行了分析.结果表明,InN薄膜的结晶质量和表面形貌并不随退火温度单调变化.由于高温退火时N原子的挥发,剩下的In原子在样品表面聚集形成In颗粒.当退火温度高于425℃时,In原子的脱吸附作用增加,从而导致样品表面的In颗粒在退火温度高于425℃时逐渐减少.XRD和SEM结果表明In颗粒密度最高的样品具有最差的结晶质量.这种现象可能是由于In颗粒隔离了其下面的InN与退火气氛的接触,同时,金属In和InN结构上的差异也可能在InN中导致了高密度的结构缺陷,从而降低了InN薄膜的结晶质量.     

GaSb衬底上InAsxSb1-x合金的低压MOCVD生长和表征

采用自制的低压金属有机化学气相淀积设备,用三甲基镓、三甲基铟作为Ⅲ族源,三甲基锑和砷烷作为Ⅴ族源在(100)面GaSb和GaAs单晶衬底上分别外延生长了InAsSb材料.用X射线双晶衍射、原子力显微镜、扫描电镜和电子探针能谱仪等对材料特性进行了表征,研究了生长温度、Ⅴ/Ⅲ比、过渡层等生长参数对外延层质量的影响.获得了与GaSb衬底晶格失配度为0.4%的表面光亮且晶体质量较好的InAs0.85Sb0.15外延层.     

GaSb衬底上InAsxSb1-x合金的低压MOCVD生长和表征

采用自制的低压金属有机化学气相淀积设备,用三甲基镓、三甲基铟作为Ⅲ族源,三甲基锑和砷烷作为Ⅴ族源在(100)面GaSb和GaAs单晶衬底上分别外延生长了InAsSb材料.用X射线双晶衍射、原子力显微镜、扫描电镜和电子探针能谱仪等对材料特性进行了表征,研究了生长温度、Ⅴ/Ⅲ比、过渡层等生长参数对外延层质量的影响.获得了与GaSb衬底晶格失配度为0.4%的表面光亮且晶体质量较好的InAs0.85Sb0.15外延层.     

蓝宝石衬底上原子级光滑AlN外延层的MOCVD生长

在蓝宝石衬底表面无氮化、低Ⅴ/Ⅲ比的情况下,采用1200℃的衬底温度、5kPa反应室气压,用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长出了表面原子级光滑的AlN外延层.原子力显微镜测试表明其平均粗糙度为0.44nm,X射线衍射(0002)回摆曲线FWHM为166".实验结果和分析表明,极性和气相反应是影响AlN表面形貌的主要原因.以原子级光滑的AlN为模板生长出了高质量的高Al组分的n型AlGaN,证实了AlN模板具有较好的质量.     

蓝宝石衬底上原子级光滑AlN外延层的MOCVD生长

在蓝宝石衬底表面无氮化、低Ⅴ/Ⅲ比的情况下,采用1200℃的衬底温度、5kPa反应室气压,用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长出了表面原子级光滑的AlN外延层.原子力显微镜测试表明其平均粗糙度为0.44nm,X射线衍射(0002)回摆曲线FWHM为166".实验结果和分析表明,极性和气相反应是影响AlN表面形貌的主要原因.以原子级光滑的AlN为模板生长出了高质量的高Al组分的n型AlGaN,证实了AlN模板具有较好的质量.     

衬底温度和生长速率对MBE自组织生长InxGa1-xAs/GaAs QD的影响

研究GaAs基InxGa1-xAs/GaAs量子点(QD)的MBE生长条件,发现在一定的Ⅴ/Ⅲ比下,衬底温度和生长速率是影响InxGa1-xAs/GaAsQD形成及形状的一对重要因素,其中衬底温度直接影响着In的偏析程度,决定了InxGa1-xAs/GaAs的生长模式;生长速率影响着InxGa1-xAs外延层的质量,决定了InxGa1-xAs/GaAsQD的形状及尺寸.通过调节衬底温度和生长速率生长出了形状规则、尺寸较均匀的InxGa1-xAs/GaAsQD(x＝0.3).