高Al组分AlxGa1-xN薄膜的弹性-塑性力学性质

采用纳米压痕方法,研究了AlN/sphire模板上的高Al组分AlxGa1-xN薄膜的力学性质,特别是弹性-塑性转变行为.研究表明,AlxGa1-xN薄膜的杨氏模量E随着Al组分的增加而增大,薄膜中产生塑性形变所必要的剪切应力也随着Al组分的增加而增大.在AlxGa1-xN薄膜纳米压痕实验中,观察到位移不连续的跳断("pop-in")行为,并且发现"pop-in"行为强烈依赖于Al组分,Al组分的增加导致这种行为的减少.我们认为随着Al组分的增加,AlxGa1-xN中键能的增强和由于AlxGa1-xN与AlN/sapphire模板之间晶格失配减少这两个因素增加了AlxGa1-xN中新位错形成的阻力,从而导致了AlxGa1-xN薄膜中的"pop-in"行为随Al组分增加而减少.     

AlGaN紫外光探测器外延材料生长研究

报道了在蓝宝石衬底上采用金属有机物化学气相淀积技术成功地生长出了GaN基紫外探测器阵列外延材料,生长的高Al组分AlxGa1-xN(x≥0.4)薄膜不裂、表面光亮.并采用X-射线双晶衍射、显微照片等方法对薄膜质量进行了表征.生长的高Al组分AlxGa1-xN薄膜已用于研制64×64元日盲型紫外探测器焦平阵列.     

MOCVD生长不同Al组分AlGaN薄膜

本文研究了利用金属有机物化学汽相淀积系统(MOCVD)生长高质量不同Al组分AlxGa1-xN薄膜(0.13＜x＜0.8).扫面电子显微镜(SEM)照片表明生长的AlN插入层有效地调节了AlGaN层与GaN支撑层的应力,使AlGaN表面平整无裂纹,原子力显微镜(AFM)测量得到所有AlGaN薄膜粗糙度均小于1 nm.通过原位干涉谱发现,AlGaN薄膜生长速率主要由Ga流量大小控制,随Al组分升高逐渐降低.利用X射线衍射和卢瑟福背散射(RBS)两种方法确定AlGaN薄膜的Al组分,发现Al组分与摩尔比TMAl/(TMGa+TMAl)关系为线性,说明在优化的生长条件下,Al原子与NH3的寄生反应得到了有效的抑制.     

蓝宝石衬底上生长的铝镓氮外延膜的应变分析

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法制备了不同Al组分含量的2μm厚AlxGg1-xN外延膜,通过透射电镜定性分析了外延膜中的位错和缺陷,通过高分辨X射线衍射试验对AlxGa1-xN外延膜进行ω/2θ扫描,结果显示外延膜为六方晶系纤锌矿结构,通过对对称面和非对称面的晶面间距进行修正精确计算了外延膜晶格常数,并由此对应变进行定量分析,四个不同Al组分的AlxGa1-xN外延膜样品的四方畸变值随Al含量的增大而逐渐减小,并且均小于零,在水平方向上均处于压应变状态.     

AlGaN中的应变状态

用X射线衍射和卢瑟福背散射方法研究了生长在GaN上厚度为570nm的AlxGa1-xN外延层中的应变状态.实验结果显示AlGaN的共格因子在组分小于0.42时随组分的增加而近似线性减小,并且在0.42时达到30%,此后随组分的增加变化较慢,在x=1(AlN)时接近0.在本实验条件中,由于GaN层处于压应变状态,导致与AlGaN外延层的失配变小,使得组分约为0.16的AlxGa1-xN外延层可以共格生长在GaN层上.     

AlGaN中的应变状态

用X射线衍射和卢瑟福背散射方法研究了生长在GaN上厚度为570nm的AlxGa1-xN外延层中的应变状态.实验结果显示AlGaN的共格因子在组分小于0.42时随组分的增加而近似线性减小,并且在0.42时达到30%,此后随组分的增加变化较慢,在x=1(AlN)时接近0.在本实验条件中,由于GaN层处于压应变状态,导致与AlGaN外延层的失配变小,使得组分约为0.16的AlxGa1-xN外延层可以共格生长在GaN层上.     

AlGaN中的应变状态

用X射线衍射和卢瑟福背散射方法研究了生长在GaN上厚度为570nm 的AlxGa1-xN外延层中的应变状态. 实验结果显示AlGaN的共格因子在组分小于0.42时随组分的增加而近似线性减小，并且在0.42时达到30%，此后随组分的增加变化较慢，在x＝1(AlN)时接近0. 在本实验条件中，由于GaN层处于压应变状态，导致与AlGaN外延层的失配变小，使得组分约为0.16的AlxGa1-xN外延层可以共格生长在GaN层上.     

双轴应变对纤锌矿GaN、AlN、InN及其合金电子有效质量的影响(英文)

利用第一性原理计算方法密度泛函理论的局域密度近似计算了纤锌矿氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)及其合金在双轴应变下的电子有效质量。对于GaN和AlN,张应变使电子有效质量增大而压应变使电子有效质量减少,但却使InN电子有效质量在张应变和压应变下都增大。由于三元合金(AlxGa1-xN,InxGa1-xN和AlxIn1-xN)与GaN异质结的新颖特性,同时计算了三元合金在松弛和应变下电子有效质量的变化趋势。受制于GaN基板的平面应力,外延AlxGa1-xN和AlxIn1-xN电子有效质量将减少,而InxGa1-xN电子有效质量增大,且随着In含量变大而更显著。对铟氮化合物应变下电子有效质量异常的机制也做了讨论。     

307～325nm波长AlGaN基紫外光探测器

通过在GaN缓冲层上先生长一层20nm厚的AlN插入层,成功地在此插入层上生长出了200nm厚的AlxGa1-xN (0.220.20时,其上Ni基肖特基势垒高度几乎是不变的.在O2氛围中,300℃下,对AlxGa1-xN 材料上10nm厚的金属Ni层氧化90s,得到了此Ni层在314nm的透射率由57.5%提高到78.2%.在器件的光电流谱测量中,得到了器件最短的截止波长为307nm,紫外/可见光达到103以上.     

利用光致发光法测定AlxGa1-xN外延膜中的铝元素含量

采用深紫外光致发光技术测量AlxGa1-xN半导体异质外延膜的禁带宽度,结合Material Studio软件中的CASTEP模块模拟计算AlxGa1-xN异质外延膜材料的弯曲因子,测定了AlxGa1-xN外延膜样品中的Al元素物质的量分数。结果表明,发射波长为224.3nm的HeAg激光器能够激发AlxGa1-xN半导体材料产生发光现象。CASTEP软件模拟计算得到AlxGa1-xN的弯曲因子为1.01462±0.06772eV,认为其弯曲因子在1.0eV附近,由此可以理论计算得到具有Al组分梯度的一系列AlxGa1-xN外延膜样品中的Al元素物质的量分数。