竖直式HVPE反应系统的理论模拟与GaN厚膜生长

根据流体动力学模型,研究了反应气体在反应室内的浓度分布,以及反应室的温场分布.NH3浓度在衬底附近分布均匀,而GaCl浓度在衬底中心区域较大,周边较小.实验结果表明,外延层在中心区生长速率为260μm/h,周边为140/μm/h.X射线摇摆曲线半高宽为141".O杂质的引入,使得样品具有较强的黄光发射.     

大尺寸HVPE反应室生长GaN的数值模拟

利用有限元法对单片6英寸(1英寸=2.54 cm)GaN衬底用氢化物气相外延(HVPE)生长系统的工艺参数进行了数值模拟和优化.通过建立反应室二维几何模型,依次改变HVPE系统中的GaCl,NH3和分隔气(N2)流速等主要参数进行数值模拟,研究分析了反应室内各反应物的浓度分布和衬底上GaN的生长速率变化,同时考虑了涡旋分布以及GaCl出口管壁上寄生沉积等对衬底上GaN生长的影响,并给出了HVPE系统高速率均匀生长GaN的优化参数.模拟分析还表明,适当降低HVPE反应室内的压强可以改善衬底上GaN生长的均匀性.     

原位退火对HVPE生长的GaN外延层光学性质和结构的影响

研究了原位退火对用氢化物外延方法在(0001)面蓝宝石衬底上生长的氮化镓(GaN)外延薄膜的结构和光学性能的影响.测试表明,氨气气氛下在生长温度进行的原位退火,明显提高了GaN外延膜的质量.X射线衍射(XRD)分析表明,随着原位退火时间的增加,(0002)面和(1012)面摇摆曲线的半峰宽逐渐变窄.喇曼散射谱显示样品退火后E2(high)峰位向低频区移动;随着退火时间的延长,趋向于块状GaN的峰位.可见,原位退火使GaN外延膜中的双轴应力明显减少.光致发光的测试结果与XRD和喇曼散射谱的结论一致.表明原位退火能有效提高GaN外延膜的结构和光学性能.     

原位退火对HVPE生长的GaN外延层光学性质和结构的影响

研究了原位退火对用氢化物外延方法在(0001)面蓝宝石衬底上生长的氮化镓(GaN)外延薄膜的结构和光学性能的影响.测试表明,氨气气氛下在生长温度进行的原位退火,明显提高了GaN外延膜的质量.X射线衍射(XRD)分析表明,随着原位退火时间的增加,(0002)面和(1012)面摇摆曲线的半峰宽逐渐变窄.喇曼散射谱显示样品退火后E2(high)峰位向低频区移动;随着退火时间的延长,趋向于块状GaN的峰位.可见,原位退火使GaN外延膜中的双轴应力明显减少.光致发光的测试结果与XRD和喇曼散射谱的结论一致.表明原位退火能有效提高GaN外延膜的结构和光学性能.     

额外HCl和氮化对HVPE GaN生长的影响

在氢化物气相外延(HVPE)生长Ga N过程中,发现了一种在成核阶段向生长区添加额外HCl来改善Ga N外延薄膜质量的方法,并且讨论了额外HCl和氮化对Ga N形貌和质量的影响.两种方法都可以大幅度地改善Ga N的晶体质量和性质,但机理不同.氮化是通过在衬底表面形成Al N小岛,促进了衬底表面的成核和薄膜的融合;而添加额外HCl则被认为是通过改变生长表面的过饱和度引起快速成核从而促进薄膜的生长而改善晶体质量和性质的     

额外HCl和氮化对HVPE GaN生长的影响

在氢化物气相外延(HVPE)生长GaN过程中,发现了一种在成核阶段向生长区添加额外HCl来改善GaN外延薄膜质量的方法,并且讨论了额外HCl和氮化对GaN形貌和质量的影响.两种方法都可以大幅度地改善GaN的晶体质量和性质,但机理不同.氮化是通过在衬底表面形成AlN小岛,促进了衬底表面的成核和薄膜的融合;而添加额外HCl则被认为是通过改变生长表面的过饱和度引起快速成核从而促进薄膜的生长而改善晶体质量和性质的.     

HVPE生长GaN厚膜的结构和光学性能

采用自制的立式HVPE设备,在GaN/蓝宝石复合衬底上生长了GaN厚外延膜,利用AFM,SEM,XRD,RBS/Channeling,CL,PL以及XPS等技术分析了厚膜的结构和光学性能.结果表明,外延层表面具有台阶结构,接近以层流生长方式二维生长,一些六角形的坑出现在膜表面,坑区具有很强的发光.腐蚀试验显示EPD仅8×106 cm-2;XRD和RBS/channeling表明GaN膜具有较好的晶体质量;PL结果也证明外延层具有高的质量,出现了尖锐的带边峰,半高宽仅67meV,同时出现了黄带和红外带,这些带的出现可能是由本征缺陷和C,O等杂质引起的.     

HVPE生长GaN厚膜的结构和光学性能

采用自制的立式HVPE设备,在GaN/蓝宝石复合衬底上生长了GaN厚外延膜,利用AFM,SEM,XRD,RBS/Channeling,CL,PL以及XPS等技术分析了厚膜的结构和光学性能.结果表明,外延层表面具有台阶结构,接近以层流生长方式二维生长,一些六角形的坑出现在膜表面,坑区具有很强的发光.腐蚀试验显示EPD仅8×106 cm-2;XRD和RBS/channeling表明GaN膜具有较好的晶体质量;PL结果也证明外延层具有高的质量,出现了尖锐的带边峰,半高宽仅67meV,同时出现了黄带和红外带,这些带的出现可能是由本征缺陷和C,O等杂质引起的.     

射频溅射ZnO作缓冲层的HVPE法生长GaN厚膜

在低温HVPE-GaN/c-Al2O3模板上射频溅射ZnO作为缓冲层,采用氢化物气相外延(HVPE,hydridevapoarphaseepitaxy)法外延生长了高质量的GaN320μm厚膜。用高分辨率双晶X射线衍射仪(DCXRD)、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)分析了制备的GaN厚膜特性。结果表明,GaN(0002)面的X射线摇摆曲线衍射峰半高宽(FWHM)为336.15arcsec,穿透位错密度(TDD)为107cm-2,外延生长的GaN厚膜晶体质量较好,可以作为自支撑GaN衬底。     

额外HCl对HVPE生长GaN性质的影响

利用氢化物气相外延 (HVPE)生长系统 ,提出并采用在生长区添加额外 HCl的方法改变 Ga N的极化生长方向获得 Ga面极化具有平滑表面的 Ga N生长技术。该法将一定量的 HCl添加到传统 HVPE生长方法中的总氮气流中 ,引入 Ga Cl和 NH3混合生长区 ,通过改变蓝宝石衬底表现的化学反应平衡 ,抑制 N面极化 Ga N的成核 ,获得了粗糙度只有一个纳米左右的具有平滑表面的高质量 Ga极化 Ga N薄膜。由于该方法是在 HVPE装置中“原位”获得了表面光滑的 Ga N,与其他方法相比 ,减少了表面损伤等     

蓝宝石衬底上HVPE-GaN厚膜生长

采用氢化物气相外延(HVPE)方法,以蓝宝石作衬底,分别在MOCVD-GaN模板和蓝宝石衬底上直接外延生长GaN.模板上的GaN生长表面平整、光亮,但开裂严重.其(0002)的双晶衍射半高宽最低为141″;蓝宝石衬底上直接生长GaN外延层质量较差,其双晶衍射半高宽为1688″,但不发生开裂.HCl的载气流量对预反应有很大的影响.应力产生于外延层和衬底之间的界面处,界面孔洞的存在可以释放应力,减少开裂.光致发光(PL)谱中氧杂质引起强黄光发射.     

蓝宝石衬底上HVPE-GaN厚膜生长

采用氢化物气相外延(HVPE)方法,以蓝宝石作衬底,分别在MOCVD-GaN模板和蓝宝石衬底上直接外延生长GaN.模板上的GaN生长表面平整、光亮,但开裂严重.其(0002)的双晶衍射半高宽最低为141″;蓝宝石衬底上直接生长GaN外延层质量较差,其双晶衍射半高宽为1688″,但不发生开裂.HCl的载气流量对预反应有很大的影响.应力产生于外延层和衬底之间的界面处,界面孔洞的存在可以释放应力,减少开裂.光致发光(PL)谱中氧杂质引起强黄光发射.     

HVPE生长GaN厚膜光致发光特性研究

利用吸收光谱和光致发光(PL)光谱研究了氢化物气相外延(HVPE)法生长的GaN厚膜材料发光特性。研究发现当激发脉冲光源的重复频率较低时,PL光谱中仅能观察到带边发光峰,当重复频率增加时,PL光谱中不仅出现带边发光峰,还可观察到蓝带发光峰和黄带发光峰;随着光源重复频率的增加,带边发光峰与黄带发光峰、蓝带发光峰的光强之比也随着增大。分析认为蓝带发光起源于材料中碳杂质缺陷而黄带发光可能与位错等结构缺陷有关。     

HVPE法生长AlN薄膜材料

利用自制立式HVPE设备,在蓝宝石衬底上进行了不同载气情况下AlN的生长试验,生长温度1 000℃。在采用H2作载气情况下,由于预反应严重,没能生长出AlN薄膜,只得到一些白色AlN粉末;而在分别采用Ar和N2作载气的情况下,则成功生长出AlN薄膜,但由于生长温度低,AlN生长均为岛状生长模式。在生长速率较快时,AlN薄膜是以〈0001〉AlN为主的AlN多晶;而在较低生长速率下,得到的AlN薄膜由为〈0001〉取向的AlN岛组成。试验还发现:用Ar作载气更有利于AlN晶核的横向生长,用N2作载气则有相对高得多的AlN成核密度。     

Growth Front Evolution of GaN Thin Films on Sapphire Substrate During HVPE

The growth front evolution of GaN thin films deposited on sapphire substrate by hydride vapor phase epitaxity has been studied with atomic force microscope. The evolution of the surface morphology presents four features of stage with the growth process. In initial growth stage, the surface is granular, and the typical grain diameter is about 250nm for t =0.1min. 3D growth plays a key role before the films come up to full coalescence, which causes a rough surface. After 0.1min the growth dimension decreases with the increase of lateral over growth, the surface roughness obviously decreases. From 0.4min to 3min, the growth front roughness increases gradually, and the evolution of the surface roughness exhibits the characteristics of self-affined fractal. Beyond 3min, the root-mean-square decreases gradually, which means the deposition behavior from hyper-2D growth gradually turns into layer growth mode with the increase of growth time.