对GaN薄膜不同腐蚀方法的腐蚀坑的研究

用Thomas Swan公司的MOCVD系统在蓝宝石(0001)面上生长了高质量的GaN薄膜.采用多种化学腐蚀方法,如熔融KOH,H3PO4与H2SO4混合酸和HCl气相腐蚀法,利用SEM及TEM技术对GaN薄膜中的位错进行了研究.SEM显示在GaN薄膜相同位置处,不同腐蚀法所得的腐蚀坑的形态和密度有明显差别.结果表明HCl气相腐蚀可以显示纯螺位错、纯刃位错和混合位错;H3PO4与H2SO4混合酸腐蚀可以显示纯螺位错和混合位错;而熔融KOH腐蚀仅能显示纯螺位错.     

选择性腐蚀确定GaN薄膜中位错类型

提出了一种确定GaN外延薄膜中位错种类的方法。通过化学试剂对GaN薄膜表面进行选择性腐蚀,并用X射线衍射仪(XRD)及原子力显微镜(AFM)对腐蚀前后的薄膜进行了表征,确立了GaN薄膜表面的蚀坑形貌与位错类型之间的对应关系。XRD测试结果表明,GaN薄膜中的位错密度并不随着腐蚀时间延长而发生变化。采用AFM对蚀坑形貌进行深度剖析,发现了四种不同的位错蚀坑:倒六角锥型蚀坑、倒六角平台型蚀坑、倒双六角平台型蚀坑以及混合型蚀坑。进一步研究表明,这四种不同的位错蚀坑分别对应于四种不同的位错种类,所有蚀坑基本都可以沿着这四种腐蚀路线演化而来。同时用扫描电镜(SEM)观察到的蚀坑形貌与AFM测试结果基本一致。     

HgCdTe外延材料表面腐蚀坑特性的研究

文中对Schaake[ 1 ]和Chen[ 2 ]两种腐蚀剂在{111}B的HgCdTe外延材料上形成的腐蚀坑特性进行了研究。通过实验确定了两种腐蚀剂的最佳腐蚀时间,实验结果发现两种方法都在外延材料表面产生了两种不同类型的腐蚀坑, Schaake腐蚀坑是一种为三角形,另一种为腰果状,而Chen腐蚀坑是侧向腐蚀面坡度不同的两种三角形。实验进一步证明Chen的较陡三角形腐蚀坑和Schaake的两种腐蚀坑具有位错腐蚀坑的特性,并且我们发现大部分位错具有穿越特性,而且位错线方向与〈111〉方向具有一定的角度。实验观察发现,宏观缺陷附近的腐蚀坑密度会有比较大的增值。     

碲锌镉表面腐蚀坑所对应缺陷的特性研究

文中通过使用Nakagawa、Everson、EAg1和EAg2四种常用腐蚀剂对碲锌镉材料的腐蚀 坑空间分布特性进行研究,结果显示, 20μm厚的(111)晶片A、B面上的腐蚀坑在空间位置上不存在对应关系,这表明腐蚀坑所对应的缺陷不是具有穿越特性的位错。腐蚀坑的空间局限性特征和热处理后腐蚀坑密度(EPD)减少等实验结果表明,腐蚀坑更有可能对应某种微沉淀物缺陷,将目前常用腐蚀剂的EPD作为碲锌镉材料的位错密度是缺乏实验依据的。     

碲锌镉材料腐蚀坑及其缺陷特性研究

跟踪观察了Everson腐蚀剂在碲锌镉晶体(111)B面形成的腐蚀坑的形貌特征和空间延伸特性,并分析了各种腐蚀坑所对应的缺陷的特征.研究表明:碲锌镉材料的腐蚀坑具有三角锥型坑、平底三角坑、彗星状腐蚀坑和不规则腐蚀坑4种类型,其中三角锥型坑的坑尖又有5种不同的空间取向.彗星状腐蚀坑、三角锥型坑和不规则腐蚀坑具有定向移动特性.这表明这类腐蚀坑所对应的缺陷与材料的位错相关,但其穿越深度都不超过18μm,即缺陷同时具有局域化的特性.没有观测到平底三角坑的空间延伸特性,其所对应的缺陷可能是材料中的微沉淀缺陷.研究还发现:对于不同样品,各类腐蚀坑的数量和比例可有很大差异.而且,有些腐蚀坑所揭示的缺陷在被观察位置已经消失.因此,简单地用腐蚀坑密度(EPD)来描述碲锌镉材料表面缺陷密度和性能是不准确的.     

InSb(111)A面腐蚀坑成因分析

采用光学显微镜和光学轮廓仪分析了InSb晶片(111)A面经特定腐蚀剂腐蚀后出现的两种特征腐蚀坑,并通过多次腐蚀试验观察了这两种腐蚀坑形貌的演变。从理论上对腐蚀坑形貌的成因进行了分析,结果显示1类特征腐蚀坑的成因是由于晶片固有的位错缺陷,2类特征腐蚀坑可能是由于晶片表面存在一定深度的损伤层引起的。     

SiNx 掩膜对GaN 外延薄膜性质的影响

研究了纳米量级的多孔 SiNx 插入层的生长位置对高质量GaN外延薄膜性质的影响。测量结果表明：当把SiNx 插入层生长在GaN 粗糙层上,能够得到最好的晶体质量;SiNx 插入层的生长位置对GaN 薄膜的应变大小基本没有影响;然而,插入层的位置改变了薄膜中的本征载流子浓度。     

用原子力显微镜和扫描电镜研究GaN外延层中的位错腐蚀坑

用原子力显微镜和扫描电镜相结合的方法表征了KOH腐蚀后的Si掺杂GaN外延层中的位错腐蚀坑.根据腐蚀坑的不同形状和在表面的特定位置可将其分成三种类型,它们的起源可由一个关于腐蚀机制的模型加以解释.纯螺位错易于沿着由它结束的表面阶梯被腐蚀,形成一个小的Ga极性面以阻止进一步的纵向腐蚀,因而其腐蚀坑是位于两个表面阶梯交结处的截底倒六棱椎.纯刃位错易于沿位错线被腐蚀,因而其腐蚀坑是沿着表面阶梯分布的尖底倒六棱椎.极性在GaN的腐蚀过程中起了重要作用.     

用原子力显微镜和扫描电镜研究GaN外延层中的位错腐蚀坑

用原子力显微镜和扫描电镜相结合的方法表征了KOH腐蚀后的Si掺杂GaN外延层中的位错腐蚀坑.根据腐蚀坑的不同形状和在表面的特定位置可将其分成三种类型,它们的起源可由一个关于腐蚀机制的模型加以解释.纯螺位错易于沿着由它结束的表面阶梯被腐蚀,形成一个小的Ga极性面以阻止进一步的纵向腐蚀,因而其腐蚀坑是位于两个表面阶梯交结处的截底倒六棱椎.纯刃位错易于沿位错线被腐蚀,因而其腐蚀坑是沿着表面阶梯分布的尖底倒六棱椎.极性在GaN的腐蚀过程中起了重要作用.     

(111)晶向碲锌镉晶片双面腐蚀的对比

通过对材料减薄,并采用红外透射显微镜观察的手段,实现了对A面和B面腐蚀坑的同时观察.结果发现采用标准腐蚀剂在同一晶片的(111)A和(111)B面上形成的腐蚀坑大都不存在对应关系,深度腐蚀的实验也发现,表面腐蚀坑所对应的缺陷只局限于10μm的表层内,这表明大部分腐蚀坑所对应的不是通常认为的穿越位错.进一步分析的结果表明,不同腐蚀剂形成的腐蚀坑所对应的缺陷有可能是不同类型的位错,甚至也可能起源于微沉淀物,通常将碲锌镉材料的腐蚀坑所对应的缺陷简单地归结为材料的位错是缺乏实验依据的.     

不同厚度未掺杂GaN薄膜的特性分析

对厚度不同的样品进行了XRD和PL谱测量,由(0002)面、(30—32)面的摇摆曲线的半峰宽值和GaN(0002)衍射峰位置计算了样品的刃位错、螺旋位错的密度以及C轴应变,实验结果表明厚度增加后Gain薄膜中的刃位错、螺旋位错密度及C轴薄膜应力均得到减小,而PL谱带边峰和蓝带强度显著增强。分析认为：厚度增加后,位错减少是由材料生长过程中位错的合并和湮灭作用造成的;样品PL谱的带边峰和蓝带强度显著增强是因为位错引入的非辐射性复合中心数目减少。     

GaN材料湿法刻蚀的研究与进展

回顾了近年来GaN材料湿法刻蚀的研究进展,着重探讨了GaN材料光辅助化学湿法刻蚀的机理、p-GaN材料湿法刻蚀的难点以及湿法刻蚀在GaN材料研究中的应用。     

氮化镓干法刻蚀研究进展

对比了RIE,ECR,ICP等几种GaN干法刻蚀方法的特点.回顾了GaN干法刻蚀领域的研究进展.以ICP刻蚀GaN和AlGaN材料为例,通过工艺参数的优化,得到了高刻蚀速率和理想的选择比及形貌.在优化后的刻蚀工艺条件下GaN材料刻蚀速率达到340nm/min,侧墙倾斜度大于80°且刻蚀表面均方根粗糙度小于3nm.对引起干法刻蚀损伤的因素进行了讨论,并介绍了几种减小刻蚀损伤的方法.     

在镀铝玻璃衬底上低温沉积GaN薄膜的结晶特性

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)方法,在镀铝玻璃衬底上沉积了GaN薄膜.RHEED和XRD分析显示,适当增加TMGa流量,薄膜呈现高度c轴择优取向特征;SEM表明,随着TMGa流量增加,薄膜表面逐渐平整致密;对Raman光谱中A1(TO)、E1(TO)两个禁戒模式及281.1 cm-1附近宽峰出现的原因进行了探讨,并对E2(high)、A1(LO)模的低频移动进行了分析,分析认为E2(high)模低频移动是薄膜内应力和晶粒尺寸效应共同作用的结果,同时晶粒尺寸效应还导致了A1(LO)模的低频移动.     

湿法化学腐蚀法估算GaN外延层中位错密度

研究了采用熔融NaOH对MOCVD生长的GaN外延层的湿法腐蚀结果,结合原子力显微镜表征其腐蚀坑形貌及腐蚀坑密度,得出了优化的腐蚀条件.通过与熔融KOH腐蚀结果对比分析发现,熔融NaOH腐蚀速率平缓,表面更平整,腐蚀坑更规则且密度更大.结合两种腐蚀结果,可以初步得出,熔融NaOH对GaN中刃型分量位错敏感,而熔融KOH对螺型分量位错更敏感,两种腐蚀剂相结合能够更完整地揭示GaN内部位错.     

GaN薄膜的微区Raman散射光谱

报道了低压 MOCVD生长的同一 Ga N薄膜不同位置的微区 Raman散射光谱 .观测到了微区结构不完整对 Raman谱的影响 .通过 X射线衍射分析 ,证实了该样品晶体质量是不均匀的 ,而且微结构缺陷的存在是导致回摆曲线展宽的主要原因 .结合 Hall测量结果 ,对 Ga N薄膜的 Al( L O)模式的移动进行了电声子相互作用分析 ,认为 A1 ( LO)模式的移动可能与电声子相互作用无关 ,而是受内部应力分布不均匀的影响所致 .     

GaN电感耦合等离子体刻蚀的优化和损伤分析

通过分别改变电感耦合等离子体(ICP)刻蚀过程中的ICP功率和DC偏压,对ICP刻蚀GaN材料的工艺条件和损伤情况进行了系统的研究。刻蚀后表面的损伤和形貌通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、电子能谱(EDS)、荧光光谱(PL)等技术进行表征和分析。实验结果表明,刻蚀速率随ICP功率和DC偏压的增加而增加;刻蚀损伤与DC偏压成正比,而与ICP功率的关系较为复杂。实验中观测到刻蚀后GaN样品的荧光光谱带边发射峰和黄带发射峰的强度均有明显下降,这意味着刻蚀产生的缺陷中存在非辐射复合中心,并且该非辐射复合中心的密度与DC偏压成正比。为了兼顾高刻蚀速率和低刻蚀损伤,建议使用高ICP功率(450 W)和低DC偏压(300 V)进行ICP刻蚀。     

Temperature Dependent Raman Scattering of Phonon Modes and Defect Modes in GaN and p-Type GaN Films

Raman spectra of undoped GaN and Mg-doped GaN films grown by metal-organic chemical-vapor deposition on sapphire are investigated between 78 and 573K.A peak at 247cm－1 is observed in both Raman spectra of GaN and Mg-doped GaN.It is suggested that the defect-induced scattering is origin of the mode.The electronic Raman scattering mechanism and Mgrelated local vibrational mode are excluded.Furthermore,the differences of E2 and A1(LO) modes in two samples are also discussed.The stress relaxation is observed in Mg-doped GaN.     

GaN和p型GaN薄膜中声子模和缺陷模的变温喇曼散射

研究了MOCVD生长的GaN及掺Mg GaN薄膜从78到578K下的喇曼散射谱.在GaN和掺Mg GaN的谱中都观察到一个位于247cm-1的峰,此峰被认为是缺陷诱导的散射峰,而非电子散射和Mg的局域模.同时讨论了两个谱中E2和A1(LO)声子峰的频率和线形.在掺Mg GaN样品中观察到应力松弛现象.