蓝宝石上横向外延GaN薄膜

在蓝宝石衬底上利用金属有机物气相外延(MOCVD)方法对横向外延(ELO)GaN薄膜的生长条件进行了研究.在蓝宝石衬底上利用化学腐蚀的方法刻饰出图案,再沉积低温GaN缓冲层作为外延层的子晶层,以降低外延层与衬底的晶格失配与热失配,制备出低位错密度的GaN外延层.分别利用X射线衍射、原子力显微镜及湿法腐蚀对外延层进行检测.     

蓝宝石上横向外延GaN薄膜

在蓝宝石衬底上利用金属有机物气相外延(MOCVD)方法对横向外延(ELO)GaN薄膜的生长条件进行了研究.在蓝宝石衬底上利用化学腐蚀的方法刻饰出图案,再沉积低温GaN缓冲层作为外延层的子晶层,以降低外延层与衬底的晶格失配与热失配,制备出低位错密度的GaN外延层.分别利用X射线衍射、原子力显微镜及湿法腐蚀对外延层进行检测.     

MOCVD法侧向外延生长高质量GaN

利用金属有机物气相外延法(MOCVD),在GaN/蓝宝石复合衬底上,采用侧向外延生长技术制备出高质量的GaN外延膜,并对其进行扫描电镜、X射线双晶衍射、透射电镜测量和分析.发现完全合并后的GaN外延层的表面平整,晶体质量较衬底有大幅的提高,透射电镜进行微区位错观察发现窗口区穿透位错大部分发生转向,侧向生长区下方的穿透位错被掩膜阻断.     

MOCVD法侧向外延生长高质量GaN

利用金属有机物气相外延法(MOCVD),在GaN/蓝宝石复合衬底上,采用侧向外延生长技术制备出高质量的GaN外延膜,并对其进行扫描电镜、X射线双晶衍射、透射电镜测量和分析.发现完全合并后的GaN外延层的表面平整,晶体质量较衬底有大幅的提高,透射电镜进行微区位错观察发现窗口区穿透位错大部分发生转向,侧向生长区下方的穿透位错被掩膜阻断.     

MOCVD法侧向外延生长高质量GaN

利用金属有机物气相外延法(MOCVD)，在GaN/蓝宝石复合衬底上，采用侧向外延生长技术制备出高质量的GaN外延膜，并对其进行扫描电镜、X射线双晶衍射、透射电镜测量和分析. 发现完全合并后的GaN外延层的表面平整，晶体质量较衬底有大幅的提高，透射电镜进行微区位错观察发现窗口区穿透位错大部分发生转向，侧向生长区下方的穿透位错被掩膜阻断.     

MOCVD制备不同衬底GaN外延的在线红外测温比较研究北大核心CSCD

根据红外测温原理、薄膜等厚干涉模型及相关光学参数,在Al2O3、SiC、Si三种衬底上用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术制备10μm GaN外延层的过程中,对940nm单色测温、1550nm单色测温、940nm/1550nm比色测温的发射率引起表观温度误差、真实温度与表观温度偏差进行理论比较。利用Si(111)衬底上制备InGaN/GaN多量子阱(MQW)蓝光发光二极管(LED)外延片过程的940nm单色测温及940nm/1550nm比色测温结果,验证该建模及计算的正确性。研究结果表明:在500~1300℃,相同测温法在不同衬底间表观温度误差系数区别不大。相同衬底下,误差系数由小到大依次为:比色测温、940nm单色测温、1550nm单色测温。相同测温法在不同衬底间真实温度与表观温度偏差较大。相同衬底下,偏差结果由小到大依次为:比色测温、1550nm单色测温、940nm单色测温。该计算方法与结论可为红外测温设备的研发、不同衬底GaN基外延测温方法的选择提供借鉴与参考。     

GaN基侧向外延生长技术与特性研究

为解决目前外延生长技术存在的弊端,总结了新的侧向外延方法以减少GaN中的位错密度,提高晶体质量.主要研究了在蓝宝石图形衬底上侧向外延生长GaN的技术.用MOCVD侧向外延技术的方法获得了很少位错的生长在掩膜层上的GaN薄膜,晶体的质量得到了改善.X射线和TEM测试出掩膜层能够阻挡其下GaN层中的穿透位错继续向上传播,用这种方法能够有效地降低位错密度,但同时也引出了一些新的问题.     

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。     

在蓝宝石图形衬底上生长低穿透性位错的GaN薄膜

使用MOCVD外延系统,采用3D-2D生长模式在圆锥图形蓝宝石衬底上生长GaN薄膜。研究发现3D-2D生长模式能够有效的减少GaN薄膜的穿透性位错,其中3D GaN层的生长条件是关键：低V/III比,低温和高生长压力。为了进一步减少TD,3D GaN层的厚度应该与图形衬底上的图形高度接近。当3D GaN层生长结束时,3D GaN层把图形衬底的图形围在其中,具有倾斜的侧壁和（0001）向的上表面,而图形上基本没有沉积物。在接下来的2D生长过程里,GaN沿倾斜侧面快速生长,使得侧面上的穿透性位错产生弯曲,从而减少GaN薄膜的穿透性位错。经过对3D条件的优化,GaN薄膜的穿透性位错降低到1×108cm-2,XRD测试得到的（002）,（102）半宽分别达到211弧秒和219弧秒。     

Si衬底上侧向外延生长GaN的研究

采用条形Al掩模在Si(111)衬底上进行了GaN薄膜侧向外延的研究.结果显示,当掩模条垂直于Si衬底[11-2]方向,也即GaN[10-10]方向时,GaN无法通过侧向生长合并得到表面平整的薄膜;当掩模条平行于Si衬底[11-2]方向,也即GaN[10-10]方向时,GaN侧向外延速度较快,有利于合并得到平整的薄膜.同时,研究表明,升高温度和降低生长气压都有利于侧向生长.通过优化生长工艺,在条形Al掩模Si(111)衬底上得到了连续完整的GaN薄膜.原子力显微镜测试显示,窗口区域生长的GaN薄膜位错密度约为1×109/cm2,而侧向生长的GaN薄膜位错密度降低到了5×107/cm2以下.     

Dislocation Reduction in GaN on Sapphire by Epitaxial Lateral Overgrowth

采用侧向外延(ELOG)方法,在制作了条形掩膜图形的GaN衬底上用MOCVD生长高质量GaN.AFM,化学湿法腐蚀及TEM分析表明:采用两步法ELOG生长的GaN中,掩膜下方的缺陷被掩膜所阻挡,窗口区内二次生长的GaN的位错也大幅降低;在相邻生长前沿所形成的合并界面处形成晶界;化学湿法腐蚀无法得到关于合并界面处缺陷的信息.侧翼区域中极低的穿透位错使得ELOG GaN适用于在其上制作高性能的氮化物基激光器.     

MOCVD侧向外延生长GaN的研究

在低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)系统中利用侧向外延生长(epitaxial lateral overgrowth,ELO)技术进行了二次外延GaN的研究.SEM观察结果表明,翼区和窗口区宽度比值不同的图形衬底,侧向和纵向的生长速率不同;其AFM表面形貌图像表明,长平的ELO-GaN表面平整,位错密度较低.ELO-GaN的光致发光(PL)谱的带边峰比传统方法生长的GaN的带边峰红移了14.0 meV,表明ELO-GaN的应力得到部分释放,晶体质量提高.ELO-GaN和普通外延GaN的拉曼散射谱比较表明,ELO-GaN中的应力较小,晶体质量较高,A1(TO)模的出现说明其晶轴取向相对于(0001)方向发生微小的偏移.     

GaN异质外延中的侧向生长技术

以GaN为代表的Ⅲ族氮化物在微电子、光电子和传感器等领域均发挥了重要作用.但是由于大尺寸的单晶GaN衬底仍无法实现,目前绝大多数氮化物材料都是通过异质外延的方式来实现,外延材料和异质衬底之间巨大的晶格失配和热失配是导致GaN外延层中位错密度较高的主要原因.侧向生长(ELOG)技术是GaN异质外延中降低位错密度的一种有效方法,总结了该项技术的特点,并对单步ELOG技术、双步ELOG技术、悬空ELOG技术以及无掩膜ELOG技术等多种技术趋势进行了总结.ELOG技术可以有效降低位错密度,但是仍需降低工艺复杂性和减少沾污.     

LED用非极性GaN外延膜的制备技术进展

GaN是实现白光LED的关键材料。GaN外延膜通常沿极性c轴生长,基于极性GaN的LED有源层量子阱中由于强内建电场的存在而导致器件发光效率降低,而沿非极性面生长的GaN外延膜可以改善或消除极化效应导致的辐射复合效率降低和发光波长蓝移等问题。文章总结了非极性GaN外延膜的制备技术及研究进展,包括平面外延技术和横向外延过生长技术,指出开发非极性GaN自支撑衬底、发展非极性GaN的横向外延生长技术是制备低位错密度非极性GaN的研究方向。     

Maskless Lateral Epitaxial Growth of Gallium Nitride Using Dimethylhydrazine as a Nitrogen Precursor

Lateral epitaxial growth (LEG) is a key technology to improve the lifetime of III-V nitride-based laser diodes (LDs) by reducing the dislocation density in the materials. To increase the area of low dislocation density, the lateral growth rate needs to be increased. In addition, suppression of the vertical growth is strongly desired to avoid unnecessarily thick growth, which would result in cracks in the epitaxial film. This paper reports the maskless LEG of GaN with extremely high lateral-to-vertical growth rate ratio using dimethylhydrazine as a nitrogen precursor. The lateral growth only occurs from the sidewalls of the etched mesa stripes without any dielectric masks. The lateral growth rate toward the direction is extremely high, as high as 10 μm/h, while no vertical growth is observed on the top of unmasked mesa. The cross-sectional transmission electron microscopic image shows that the threading dislocations in the wing region extend only toward the lateral direction. Note that almost smooth coalescence between the wing regions is confirmed by atomic force microscopy. X-ray diffraction measurements reveal that this maskless LEG drastically improves the crystallographic twist down to 97 arc-s, which is as comparably low as that of a free-standing GaN substrate. The presented maskless LEG is advantageous for optical device applications.     

Lateral epitaxial overgrowth of GaN films on SiO2 areas via metalorganic vapor phase epitaxy

Lateral epitaxial growth and coalescence of GaN regions over SiO₂ masks previously deposited on GaN/AlN/6H-SiC(0001) substrates and containing 3 μm wide rectangular windows spaced 7 μm apart have been achieved. The extent and microstructural characteristics of these regions of lateral overgrowth were a complex function of stripe orientation, growth temperature, and triethylgallium (TEG) flow rate. The most successful growths were obtained from stripes oriented along 〈1 00〉 at 1100°C and a TEG flow rate of 26 μmol/min. A density of ∼10⁹ cm⁻² threading dislocations, originating from the underlying GaN/AlN interface, were contained in the GaN grown in the window regions. The overgrowth regions, by contrast, contained a very low density of dislocations. The surfaces of the coalesced layers had a terrace structure and an average root mean square roughness of 0.26 nm.