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。     

氮化时间对脉冲激光沉积AlN薄膜性能的影响

应用脉冲激光沉积(PLD)技术在氮化处理后的蓝宝石衬底上外延生长AlN薄膜。研究了氮化处理时间对AlN薄膜结构性能和表面形貌的影响,利用原位反射式高能电子衍射(RHEED)对生长过程进行实时观测,利用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)和扫描电子显微镜(SEM)对AlN薄膜的结构性能以及表面形貌等进行表征和分析。结果表明,随着氮化时间的增加,AlN形核种子数量增加并逐渐有序,促进AlN薄膜由多晶转为单晶并提高其晶体质量,有利于AlN薄膜由三维生长转为二维生长,改善AlN薄膜表面形貌。为采用PLD技术制备高质量AlN基器件提供了一种新思路。     

直流放电辅助脉冲激光沉积Si基GaN薄膜的结构特征

采用直流放电辅助脉冲激光沉积技术,在Si(111)衬底上生长了Ga N薄膜.XRD、AFM、PL 和Hall测量的结果表明在2～2 0 Pa沉积气压范围内,提高沉积气压有利提高Ga N薄膜的结晶质量;在15 0～2 2 0 m J/ Pluse入射激光脉冲强度范围内,随着入射激光脉冲强度的提高,Ga N薄膜表面结构得到改善.研究发现,在70 0℃衬底温度、2 0 Pa的沉积气压和2 2 0 m J/ Pluse的入射激光脉冲强度的优化工艺条件下,所沉积生长的Ga N薄膜具有良好的结构质量和光电性能.     

直流放电辅助脉冲激光沉积Si基GaN薄膜的结构特征

采用直流放电辅助脉冲激光沉积技术,在Si(111)衬底上生长了GaN薄膜.XRD、AFM、PL和Hall测量的结果表明在2～20Pa沉积气压范围内,提高沉积气压有利提高GaN薄膜的结晶质量;在150～220mJ/Pluse入射激光脉冲强度范围内,随着入射激光脉冲强度的提高,GaN薄膜表面结构得到改善.研究发现,在700℃衬底温度、20Pa的沉积气压和220mJ/Pluse的入射激光脉冲强度的优化工艺条件下,所沉积生长的GaN薄膜具有良好的结构质量和光电性能.     

脉冲激光沉积GaN薄膜的研究进展

脉冲激光沉积(PLD)技术凭借其低温生长优势,逐步在GaN薄膜外延领域得到广泛应用。回顾了近年来PLD技术外延生长GaN薄膜的研究进展,包括新型衬底上的GaN薄膜外延研究进展,以及作为克服异质外延的重要手段——缓冲层技术的发展现状。从目前的研究进展可以看出,应用PLD技术制备GaN薄膜及其光电器件具有广阔的发展前景。     

GaN薄膜制备及脉冲激光沉积法的研究进展

介绍了国内外制备GaN材料的历史和现状。分析了GaN材料及其薄膜的各种制备工艺的特点,并详细介绍了采用激光沉积工艺制备GaN薄膜的研究进展。     

脉冲激光沉积技术沉积温度对PZT/LSAT薄膜生长取向的影响

采用固相法分别制备了标准摩尔配比和铅过垦10%的两种靶材.并利用脉冲激光沉积技术(PLD)在镧锶铝钽(LaSrAlTaO3,LSAT)单晶衬底上成功制备了锆钛酸铅(Pb(Zr0.3Ti0.7)O3,PZT)铁电薄膜,在550～750℃沉积温度范围内研究了PZT薄膜的生长取向和铅含最对薄膜生长取向的影响.利用X射线衍射(XRD)仪和原子力显微镜(AFM)表征了薄膜生长取向和表面形貌.XRD测量表明在标准摩尔配比情况下薄膜牛长从550 C近似c轴取向逐渐过渡到750℃近似a轴取向,而在铅过量情况下薄膜生长取向无明显过渡性变化;AFM测量表明PZT薄膜在近似C轴和a轴生长情况下,表面均方根(RMS)粗糙度分别为16.9 nm和13.7 nm,而在混合生长无择优取向的情况下,薄膜表面均方根粗糙度达到68 nm,这可能是两种取向竞争生长的结果.     

脉冲激光双光束沉积掺Mg的GaN薄膜的研究

采用脉冲激光双光束沉积系统在Si(111)衬底上生长了掺Mg的GaN薄膜和未掺杂GaN薄膜。利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、室温范德堡霍尔测量及光致发光(PL)光谱对两类薄膜进行对比分析，结果显示，所生长的GaN薄膜均为六方纤锌矿晶体结构，掺Mg可细化所生长的GaN薄膜晶粒。随着掺Mg量的增加，GaN薄膜无需后处理即可由”型导电转化为p型导电，GaN薄膜的光学性能随p型载流子浓度增大而提高；然而掺Mg却导致GaN薄膜结晶质量下降，掺镁量过大的GaN薄膜中p型载流子浓度反而减少，光致发光中黄发射峰增强较大。研究表明通过优化脉冲激光双光束沉积参数无需任何后处理可直接获得高空穴载流子浓度的p型GaN薄膜。     

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.     

Si(111)衬底高温AlN缓冲层厚度及其结构特性

通过高分辨X射线衍射、光致发光、二次离子质谱（SIMS) 、原子力显微镜和同步辐射X射线衍射分析了AlN缓冲层的厚度对GaN外延层的影响. 实验表明，在缓冲层厚度为13～20nm之间时，GaN外延层的张应力最小，同时晶体质量和光学质量达到最优值. 此外，SIMS分析表明，当AlN缓冲层位于13～20nm之间时，可有效抑制Si的扩散.     

室温下脉冲激光沉积制备高取向度AlN薄膜

用脉冲激光沉积(PLD)方法,在p-Si(100)衬底上、室温下和不同N2氛围中制备了高度取向的AlN薄膜,并利用X射线衍射(XRD)仪、傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪和扫描电子显微镜(SEM)对样品的特征进行了研究.结果表明,在从5×10-6～5.0 Pa的N2气压范围内,制备的薄膜都呈现h＜100＞晶向,并且随着气压的升高,样品的结晶度有明显的提高.另外,随着N2浓度的增大,Al-N键的结合度增强,AlN晶粒的尺寸增大,在样品表面出现杂散晶粒,薄膜的粗糙度增大.     

SiC衬底AlN缓冲层的应变对GaN外延层质量的影响

在3英寸(1英寸=2.54 cm)SiC衬底上采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法生长GaN外延材料。研究了AlN缓冲层的应变状态对GaN外延层应变状态和质量的影响。使用原子力显微镜和高分辨率X射线双晶衍射仪观察样品表面形貌,表征外延材料质量的变化,使用高分辨喇曼光谱仪观察外延材料应力的变化,提出了基于外延生长的应变变化模型。实验表明,GaN外延层的张应变随着AlN缓冲层应变状态的由压变张逐渐减小,随着GaN张应力的逐渐减小,GaN位错密度也大大减少,表面形貌也逐渐变好。     

GaN缓冲层上低温生长AIN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(111)衬底上生长的GaN的形貌与AlN缓冲层生长温度的关系

利用LP-MOCVD技术在Si（111）衬底上,用不同温度生长AlN缓冲层,再在缓冲层上外延GaN薄膜．采用高分辨率双晶X射线衍射（DCXRD）技术和扫描电子显微镜（SEM）分析这些样品，比较缓冲层生长温度对缓冲层和外延层的影响，并提出利用动力学模型解释这种温度的影响．进一步解释了GaN外延层表面形貌中“凹坑”的形成及“凹坑”与缓冲层生长温度的关系．结果表明，温度的高低通过影响缓冲层初始成核密度和成核尺寸来影响外延层表面形貌．     

Effect of AlN buffer layer thickness on the properties of GaN films grown by pulsed laser deposition

The GaN films are grown by pulsed laser deposition (PLD) on sapphire, AlN(30 nm)/Al₂O₃ and AlN(150 nm)/Al₂O₃, respectively. The effect of AlN buffer layer thickness on the properties of GaN films grown by PLD is investigated systematically. The characterizations reveal that as AlN buffer layer thickness increases, the surface root-mean-square (RMS) roughness of GaN film decreases from 11.5 nm to 2.3 nm, while the FWHM value of GaN film rises up from 20.28 arcmin to 84.6 arcmin and then drops to 31.8 arcmin. These results are different from the GaN films deposited by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) with AlN buffer layers, which shows the improvement of crystalline qualities and surface morphologies with the thickening of AlN buffer layer. The mechanism of the effect of AlN buffer layer on the growth of GaN films by PLD is hence proposed.     

Si基的 RICBD法生长GaN薄膜

讨论反应离化团簇束沉积（RICBD）方法的原理和特点,利用改进的双气流方式和ZnO缓冲层技术在S i 衬底上生长GaN薄膜,并用XPS、XRD和PL对样品进行了测试分析,证实形成了良好的GaN薄膜。     

GaN缓冲层对生长InN薄膜的影响

采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法生长六方相InN薄膜，利用氮化镓(GaN)缓冲层技术制备了高质量薄膜，得到了其能带带隙0.7eV附近对应的光致发光光谱(PL). 通过比较未采用缓冲层，同时采用低温和高温GaN缓冲层，以及低温GaN缓冲层结合高温退火三种生长过程，发现低温GaN缓冲层结合高温退火过程能够得到更优表面形貌和晶体质量的InN薄膜，同时表征了材料的电学性质和光学性质. 通过对InN薄膜生长模式的讨论，解释了薄膜表面形貌和晶体结构的差异.