p型GaN的掺杂研究

采用正交实验设计方法设计p型GaN的生长,通过较少的实验,优化了影响p型GaN性质的三个生长参数：Mg流量、生长温度和Ⅴ/Ⅲ比．过量的Mg源流量、过高的生长温度、过大的Ⅴ/Ⅲ比都会降低自由空穴浓度．还研究了退火温度对p型GaN的载流子浓度和光学性质的影响．实验结果表明,700～750℃范围为最佳退火温度．     

MOCVD生长源流量对p型GaN薄膜特性影响的研究

利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上生长p型GaN:Mg薄膜,对不同二茂镁(CP2Mg)流量和Ⅴ族和Ⅲ族摩尔(Ⅴ/Ⅲ)比生长的p型GaN:Mg薄膜特性进行研究。研究表明,增加Ⅴ/Ⅲ比,可以降低螺旋位错密度,提高p型GaN晶体质量。当Ⅴ/Ⅲ比为3 800时,Cp2Mg流量最高为170sccm,获得p型GaN(002)面峰值半高宽(FWHM)最窄为232"。同时研究发现,单纯提高Ⅴ/Ⅲ比对降低刃型位错影响较不明显。     

采用ECR-PEMOCVD方法进行立方和六方GaN单晶薄膜生长的准热力学模型和相图

基于热力学平衡理论,对在电子回旋共振等离子体增强金属有机化学气相沉积系统中的GaN薄膜生长给出了一个化学平衡模型.计算表明,GaN生长的驱动力Δp是以下生长条件的函数:Ⅲ族输入分压,输入Ⅴ/Ⅲ比,生长温度.计算了六方和立方GaN的生长相图,计算结果和我们的实验结果显示出一定的一致性.通过分析,解释了高温和高Ⅴ/Ⅲ比生长条件适合六方GaN的原因.上述模型可以延伸到用于GaN单晶薄膜生长的类似系统中.     

Mg掺与GaN晶格匹配的InAlN特性研究

采用蓝宝石图形衬底技术在金属有机物化学气相淀积(MOCVD)系统中制备了Mg掺杂的与GaN晶格匹配的InAlN。通过改变Al源、Mg源的掺杂量和退火温度,研究其对p-InAlN的载流子浓度和晶体质量的影响。实验发现当Al源的流量为2.34μmol/min时,获得与GaN晶格匹配的In0.18Al0.82N,此结果下的样品晶体质量最高。同时发现随着Mg掺杂量的增加会使螺位错密度急剧上升,Mg的掺杂对于刃位错有显著影响。综合退火温度对空穴浓度影响,当Mg源的掺杂量为0.248μmol/min,且退火温度为550℃时,与GaN晶格匹配的p型In0.18Al0.82N样品载流子浓度达到最高值,为1.2×1018 cm–3。     

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。     

GaN生长速率的研究

采用在位监控方法研究了MOCVD系统中GaN材料的外延生长速率与NH3流量、TMGa流量、Ⅴ/Ⅲ比等生长参数的关系.GaN生长速率随NH3流量的提高先增加后减小,而随TMGa流量的增加线性的增加.在不同NH3流量的情况下,GaN生长速率随TMGa流量增加的速率不同.GaN的生长速率与Ⅴ/Ⅲ比没有直接的关系,而与NH3,TMGa等条件有关.实验结果表明,MOCVD系统中存在着较强的预反应.预反应的程度与TMGa的流量成正比.     

MOCVD生长P型GaN的掺Mg量的研究

使用MOCVD技术在Al2O3衬底上生长了GaN：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GaN的影响.结果表明：要获得高空穴载流子浓度的P型GaN,Mg的掺杂量必须控制好.掺Mg量较小时,GaN：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GaN.生长P型GaN的最佳Cp2Mg/TMGa之比在1/660-1/330之间     

不同Mg掺杂浓度的GaN材料的光致发光

研究了用低压金属有机物化学沉积方法生长得到的具有不同Mg掺杂浓度的GaN样品薄膜,经不同温度退火处理后的发光特性.实验发现随着退火温度的升高,不同掺杂浓度的Mg∶GaN材料的光致发光谱蓝带峰能量相差变小,经850℃退火后蓝带集中在2.92eV附近.利用Mg∶GaN材料内部补偿模型对此现象进行了分析,同时认为对于掺杂浓度较高的样品,850℃为最佳的退火温度.     

不同Mg掺杂浓度的GaN材料的光致发光

研究了用低压金属有机物化学沉积方法生长得到的具有不同Mg掺杂浓度的GaN样品薄膜,经不同温度退火处理后的发光特性.实验发现随着退火温度的升高,不同掺杂浓度的Mg∶GaN材料的光致发光谱蓝带峰能量相差变小,经850℃退火后蓝带集中在2.92eV附近.利用Mg∶GaN材料内部补偿模型对此现象进行了分析,同时认为对于掺杂浓度较高的样品,850℃为最佳的退火温度.     

GaN生长速率的研究

采用在位监控方法研究了MOCVD系统中GaN材料的外延生长速率与NH3流量、TMGa流量、Ⅴ/Ⅲ比等生长参数的关系．GaN生长速率随NH3流量的提高先增加后减小,而随TMGa流量的增加线性的增加．在不同NH3流量的情况下,GaN生长速率随TMGa流量增加的速率不同．GaN的生长速率与Ⅴ/Ⅲ比没有直接的关系,而与NH3,TMGa等条件有关．实验结果表明,MOCVD系统中存在着较强的预反应．预反应的程度与TMGa的流量成正比．