在复合衬底γ-Al2O3/Si(001)上生长GaN

采用分子束外延(MBE)生长方法,使用γ-Al2O3材料作为新型过渡层,在Si(∞1)衬底上获得了没有裂纹的GaN外延层,实验结果表明使用γ-Al2O3过渡层有效地缓解了外延层中的应力.通过生长并测试分析几种不同结构的外延材料,研究了复合衬底γ-Al2O3/Si(001)生长GaN情况,得到了六方相GaN单晶材料,实现了GaN c面生长.预铺薄层Al及高温AlN层可以提高GaN晶体质量,低温AlN缓冲层可以改善GaN表面的粗糙度.为解决Si(001)衬底上GaN的生长问题提供了有益的探索.     

在复合衬底γ-Al2O3/Si(001）上生长GaN

采用分子束外延（MBE）生长方法，使用γ-Al₂O₃材料作为新型过渡层，在Si(001）衬底上获得了没有裂纹的GaN外延层，实验结果表明使用γ-Al₂O₃过渡层有效地缓解了外延层中的应力. 通过生长并测试分析几种不同结构的外延材料，研究了复合衬底γ-Al₂O₃/Si (001）生长GaN情况，得到了六方相GaN单晶材料，实现了GaN c面生长. 预铺薄层Al及高温AlN层可以提高GaN晶体质量，低温AlN缓冲层可以改善GaN表面的粗糙度. 为解决Si(001）衬底上GaN的生长问题提供了有益的探索.     

热退火γ-Al2O3/Si异质结构薄膜质量改进

采用高真空MOCVD外延技术,利用TMA(Al(CH3)3)和O2作为反应源,在Si(100)衬底上外延生长γ-Al2O3绝缘膜形成γ-Al2O3/Si异质结构材料.同时,引入外延后退火工艺以便改善γ-Al2O3薄膜的晶体质量及电学性能.测试结果表明,通过在O2常压下的退火工艺可以有效地消除γ-Al2O3外延层的残余热应力及孪晶缺陷,改善外延层的晶体质量,同时可以提高MOS电容的抗击穿能力,降低漏电电流.     

热退火γ-Al2O3/Si异质结构薄膜质量改进

采用高真空MOCVD外延技术,利用TMA(Al(CH3)3)和O2作为反应源,在Si(100)衬底上外延生长γ-Al2O3绝缘膜形成γ-Al2O3/Si异质结构材料.同时,引入外延后退火工艺以便改善γ-Al2O3薄膜的晶体质量及电学性能.测试结果表明,通过在O2常压下的退火工艺可以有效地消除γ-Al2O3外延层的残余热应力及孪晶缺陷,改善外延层的晶体质量,同时可以提高MOS电容的抗击穿能力,降低漏电电流.     

双异质外延SOI材料Si/γ-Al2O3/Si的外延生长

利用MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition)和APCVD(atmosphere chemical vapor deposition)硅外延技术在Si(100)衬底上成功地制备了双异质Si/γ-Al2O3/Si SOI材料.利用反射式高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)及俄歇能谱(AES)对材料进行了表征.测试结果表明,外延生长的γ-Al2O3和Si薄膜都是单晶薄膜,其结晶取向为(100)方向,外延层中Al与O化学配比为2:3.同时,γ-A12O3外延层具有良好的绝缘性能,其介电常数为8.3,击穿场强为2.5MV/cm.AES的结果表明,Si/γ-Al2O3/Si双异质外延SOI材料两个异质界面陡峭清晰.     

Si衬底GaN外延材料六角形缺陷分析

通过改变AlN形核层的生长温度分别在Si(111)衬底上生长了两个GaN样品,并对GaN外延材料表面的六角形缺陷进行了分析研究。通过显微镜和扫描电镜(SEM)观测发现,AlN形核层在高温下生长时,GaN材料表面会产生大量六角形缺陷。通过电子能谱(EDS)分析得出GaN六角形缺陷中含有大量的Si元素以及少量的Ga和Al元素,其中Si元素从Si衬底中高温扩散而来。在降低AlN形核层的生长温度后,GaN材料表面的六角形缺陷随之消失。表明AlN形核层在较低的温度下生长时可以有效地抑制Si衬底表面Si原子的扩散,减少外延层中由于衬底Si反扩散引起的缺陷。     

引入GaN过渡层对Si（111）衬底上生长GaN外延的影响

本文研究了在Si(111)衬底上生长GaN外延层的方法。相比于直接在AlN缓冲层上生长GaN外延层,引入GaN过渡层显著地提高了外延层的晶体质量并降低了外延层的裂纹密度。使用X射线双晶衍射仪、光学显微镜以及在位监测曲线分析了GaN过渡层对外延层的晶体质量以及裂纹密度的影响。实验发现,直接在AlN缓冲层上生长外延层,晶体质量较差, X射线(0002)面半高宽最优值为0.686°,引入GaN过渡层后,通过调整生长条件,控制岛的长大与合并的过程,从而控制三维生长到二维生长过渡的过程,外延层的晶体质量明显提高, (0002)面半高宽降低为0.206°,并且裂纹明显减少。研究结果证明,通过生长合适厚度的GaN过渡层,可以得到高质量、无裂纹的GaN外延层。     

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。     

Si(111)衬底上GaN外延材料的应力分析

对Si(111)衬底上GaN外延材料的应力随着低温AlN插入层数的变化进行了分析研究。通过喇曼散射谱在高频E2(TO)模式下的测试分析发现,随着低温AlN插入层数的增加,GaN材料的E2(TO)峰位逐渐接近体GaN材料的E2(TO)峰位(无应力体GaN材料的E2(TO)峰位为568cm-1),计算得出GaN材料的应力从1.09GPa减小到0.42GPa。同时,使用室温光荧光谱进行了分析验证。结果表明,Si衬底上GaN外延材料受到的是张应力,通过低温AlN插入层技术可以有效降低GaN材料的应力,并且最终实现了表面光亮的厚层无裂纹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.     

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.     

GaN缓冲层上低温生长AlN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.     

Si衬底和Si-SiO_2-Si柔性衬底上的GaN生长

使用MBE方法在Si(111)衬底和Si SiO2 Si柔性衬底上生长了GaN外延层 ,并对在两种衬底上生长的样品进行了对比分析 .在柔性衬底上获得了无裂纹的外延层 ,其表面粗糙度为 0 6nm .研究了GaN外延层中的应力及其光学性质 ,光致发光测试结果表明柔性衬底上生长的外延层中应力和杂质浓度明显低于直接生长在Si衬底上的样品的值 .研究结果显示了所用柔性衬底有助于改善GaN外延膜的质量     

Si衬底和Si-SiO2-Si柔性衬底上的GaN生长

使用MBE方法在Si(111)衬底和Si-SiO2-Si柔性衬底上生长了GaN外延层,并对在两种衬底上生长的样品进行了对比分析.在柔性衬底上获得了无裂纹的外延层,其表面粗糙度为0.6nm.研究了GaN外延层中的应力及其光学性质,光致发光测试结果表明柔性衬底上生长的外延层中应力和杂质浓度明显低于直接生长在Si衬底上的样品的值.研究结果显示了所用柔性衬底有助于改善GaN外延膜的质量.     

GaN在Si(001)上的ECR等离子体增强MOCVD直接生长研究

研究了用电子回旋共振(ECR)等离子体增强金属有机物化学气相沉积(PEMOCVD)技术在Si(001)衬底上,低温(620～720℃)下GaN薄膜的直接外延生长及晶相结构.高分辨透射电镜(HRTEM)和X射线衍射(XRD)结果表明:在Si(001)衬底上外延出了高度c轴取向纤锌矿结构的GaN膜,但在GaN/Si(001)界面处自然形成了一层非晶层,其两个表面平坦而陡峭,厚度均匀(≈2nm).分析认为,在初始成核阶段N与Si之间反应所产生的这层SixNy非晶层使GaN的β相没有形成.XRD和原子力显微镜(AFM)结果表明,衬底表面的原位氢等离子体清洗,GaN初始成核及后续生长条件对GaN膜的晶体质量非常重要.     

GaN在Si(001)上的ECR等离子体增强MOCVD直接生长研究

研究了用电子回旋共振(ECR)等离子体增强金属有机物化学气相沉积(PEMOCVD)技术在Si(001)衬底上,低温(620～720℃)下GaN薄膜的直接外延生长及晶相结构.高分辨透射电镜(HRTEM)和X射线衍射(XRD)结果表明:在Si(001)衬底上外延出了高度c轴取向纤锌矿结构的GaN膜,但在GaN/Si(001)界面处自然形成了一层非晶层,其两个表面平坦而陡峭,厚度均匀(≈2nm).分析认为,在初始成核阶段N与Si之间反应所产生的这层SixNy非晶层使GaN的β相没有形成.XRD和原子力显微镜(AFM)结果表明,衬底表面的原位氢等离子体清洗,GaN初始成核及后续生长条件对GaN膜的晶体质量非常重要.     

MOCVD生长AlGaN/GaN/Si(111)异质结材料

利用MOCVD在Si(111)衬底上生长了无裂纹的GaN外延薄膜和AlGaN/GaN异质结构。通过优化Si衬底的浸润处理时间、AlN层厚度等参数获得了无裂纹的GaN外延薄膜,研究了SiN缓冲层和插入层厚度对AlGaN/GaN异质结电学性质的影响,2DEG的迁移率和面密度分别达到1410cm2/V.s和1.16×1013cm-2。     

76.2mm Si基AlGaN/GaN HEMT

<正>南京电子器件研究所采用含有双AlGaN过渡层的材料结构在76.2 mm(3英寸)Si衬底上外延生长了厚度超过2μm的AlGaN/GaN HEMT材料(图1),材料表面光滑、无裂纹。通过外延材料结构和生长条     

纳米异质外延层与衬底的晶体取向匹配的电子背散射衍射分析

本文采用电子背散射衍射（EBSD）,测量纳米异质外延层的织构,及外延层与衬底的晶体取向匹配。测试的材料包括作为YBCO超导膜的过渡层、生长在强立方织构Ni-5at.%W（Ni-W）衬底上的La2Zr2O7（LZO）外延层,及LED器件中生长在蓝宝石衬底上的GaN过渡层和外延层。EBSD测量出LZO外延层具有旋转立方织构,显示出LZO与Ni-W衬底的面内取向（转动45°）及面外取向（沿[001]方向）的匹配关系。EBSD测量出GaN过渡层与蓝宝石衬底的面内取向（转动30°）的匹配关系,显示出由GaN过渡层的晶格畸变而引入的平行于外延生长方向的弹性应变梯度（约500 nm）。