MOCVD生长的InGaN薄膜的离子束背散射沟道及其光致发光

采用 MOCVD技术以 Al2 O3为衬底在 Ga N膜上生长了 In Ga N薄膜 .以卢瑟福背散射 /沟道 (RBS/Channeling)技术和光致发光 (PL )技术对 Inx Ga1 - x N / Ga N / Al2 O3样品进行了测试 ,获得了合金层的组分、厚度、元素随深度分布、结晶品质及发光性能等信息 .研究表明生长温度和 TMIn/ TEGa比对 In Ga N薄膜的 In组分和生长速率影响很大 .在一定范围内 ,降低 TMIn/ TEGa比 ,In Ga N膜的生长速率增大 ,合金的 In组分反而提高 .降低生长温度 ,In Ga N膜的 In组分提高 ,但生长速率基本不变 . In Ga N薄膜的结晶品质随 In组分的增大而显著下降 ,In Ga N薄膜     

生长温度对MOCVD外延生长InGaN的影响

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法,在GaN/蓝宝石复合衬底上生长了InGaN薄膜,并研究了生长温度对InGaN薄膜的In组分、结晶品质和发光特性的影响.实验中发现随着生长温度的降低,InGaN薄膜中的In组分提高,但结晶品质显著下降.X射线衍射(XRD)联动扫描的结果显示即使在In组分增大至0.57时也没有发现相分离现象,光致发光(PL)谱测量的结果表明InGaN薄膜的PL峰位随着In组分升高而向低能方向移动,半高宽随着In组分增加而增加.     

生长温度对MOCVD外延生长InGaN的影响

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法,在GaN/蓝宝石复合衬底上生长了InGaN薄膜,并研究了生长温度对InGaN薄膜的In组分、结晶品质和发光特性的影响.实验中发现随着生长温度的降低,InGaN薄膜中的In组分提高,但结晶品质显著下降.X射线衍射(XRD)联动扫描的结果显示即使在In组分增大至0.57时也没有发现相分离现象,光致发光(PL)谱测量的结果表明InGaN薄膜的PL峰位随着In组分升高而向低能方向移动,半高宽随着In组分增加而增加.     

LP—MOCVD生长InGaN及InGaN／GaN量子阱的研究

利用MOCVD系统在Al2O3衬底上生长InGaN材料和InGaN/GaN量子阱结构材料，研究发现InGaN材料中In组份几乎不受TMG与TMI的流量比的影响，而只与生长温度有关，生长温度由800℃降低到740℃，In组份的从0.22增加到0.45；室温InGaN光致发光光谱（PL）峰全半高宽（FWHM）为15.5nm;InGaN/GaN量子阱区InGaN的厚度2nm，但光荧光的强度与100nm厚InGaN的体材料相当。     

化学计量比的偏离对GaN的结晶品质及光电性能的影响

用X射线光电子能谱对MOCVD生长的未故意掺杂GaN单晶薄膜进行N、Ga组份测试,同时用RBS/Channeling、Hall测量和光致发光技术对样品进行结晶品质及光电性能研究.结果表明N含量相对低的GaN薄膜,其背景载流子浓度较高,离子束背散射沟道最小产额比χmin较小,带边辐射复合跃迁较强.在N含量相对低的GaN薄膜中易形成N空位,N空位是导致未故意掺杂的GaN单晶薄膜呈现n型电导的主要原因;N空位本身对离子束沟道产额没有贡献,但它能弛豫GaN与Al2O3之间的晶格失配,改善生长的GaN薄膜的结晶品质.     

生长停顿改善MOCVD生长InGaN/GaN多量子阱的特性

利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)生长了InGaN/GaN多量子阱(MQWs)结构,研究了生长停顿对InGaN/GaN MQWs特性的影响.结果表明,采用生长停顿,可以改善MQWs界面质量,提高MQWs的光致发光(PL)与电致发光(EL)强度;但生长停顿的时间过长,阱的厚度会变薄,界面质量变差,不仅In组分变低,富In的发光中心减少,而且会引入杂质,致使EL强度下降.     

化学计量比的偏离对GaN的结晶品质及光电性能的影响

用X射线光电子能谱对MOCVD生长的未故障掺杂GaN单晶薄膜进行N、Ga组份测试,同时用RBS／Channeling,Hall测量和光致发光技术对样品进行结晶品质及光电性能研究。结果表明N含量相对低的GaN薄,其背景流子浓度较高,离子束背散射沟道最小产额比Xmin较小,带边辐射复合跃迁较强,在N含量相对低的GaN薄膜中易形成N空位,N空位是导致未故障掺杂的GaN单晶薄膜呈现n型电导的主要原因,N空位本身对离子束沟道产额没有贡献。但它能弛豫GaN与Al2O3之间的晶格失配,改善生长的GaN薄膜的结晶品质。     

InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱中应变对光致发光特性的影响

对蓝宝石衬底上的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构和经激光剥离去除衬底的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构薄膜样品,进行了光致发光谱、高分辨XRD和喇曼光谱测量.PL测量结果表明,相对于带有蓝宝石衬底的样品,InGaN/GaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生较小的蓝移,而InGaN/AlGaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生明显的红移;喇曼光谱的结果表明,激光剥离前后E2模的峰值从569.1减少到567.5cm-1.这说明激光剥离去除衬底使得外延层整体的压应力得到部分释放,但InGaN/GaN与InGaN/AlGaN多量子阱结构中阱层InGaN的应力发生了不同的变化.XRD的结果证实了这一结论.     

InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱中应变对光致发光特性的影响

对蓝宝石衬底上的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构和经激光剥离去除衬底的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构薄膜样品,进行了光致发光谱、高分辨XRD和喇曼光谱测量.PL测量结果表明,相对于带有蓝宝石衬底的样品,InGaN/GaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生较小的蓝移,而InGaN/AlGaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生明显的红移;喇曼光谱的结果表明,激光剥离前后E2模的峰值从569.1减少到567.5cm-1.这说明激光剥离去除衬底使得外延层整体的压应力得到部分释放,但InGaN/GaN与InGaN/AlGaN多量子阱结构中阱层InGaN的应力发生了不同的变化.XRD的结果证实了这一结论.     

InGaN/GaN 和 InGaN/AlGaN 多量子阱中应变对光致发光特性的影响

对蓝宝石衬底上的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构和经激光剥离去除衬底的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构薄膜样品，进行了光致发光谱、高分辨XRD和喇曼光谱测量. PL测量结果表明，相对于带有蓝宝石衬底的样品，InGaN/GaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生较小的蓝移，而InGaN/AlGaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生明显的红移；喇曼光谱的结果表明，激光剥离前后E2模的峰值从569.1减少到567.5cm-1. 这说明激光剥离去除衬底使得外延层整体的压应力得到部分释放，但InGaN/GaN与InGaN/AlGaN多量子阱结构中阱层InGaN的应力发生了不同的变化. XRD的结果证实了这一结论.     

表面应力诱导InGaN量子点的生长及其性质

为了得到高性能的GaN基发光器件,有源层采用MOCVD技术和表面应力的不均匀性诱导方法生长了InGaN量子点,并通过原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)和光致发光(PL)谱对其微观形貌和光学性质进行了观察和研究.AFM和TEM观察结果表明:InGaN/GaN为平均直径约30nm,高度约25nm的圆锥;InGaN量子点主要集中在圆锥形的顶部,其密度达到5.6×1010cm-2.室温下,InGaN量子点材料PL谱强度大大超出相同生长时间的InGaN薄膜材料,这说明InGaN量子点有望作为高性能有源层材料应用于GaN基发光器件.     

高质量立方相InGaN的生长

利用LP-MOCVD技术在GaAs(001)衬底上生长了高质量的立方相InGaN外延层.研究了生长速率对hGaN质量的影响,提出一个简单模型解释了在改变TEGa流量条件下出现的In组分的变化规律,实验结果与模型的一次项拟合结果较为吻合,由此推断,在现在的生长条件下,表面单个Ga原子作为临界晶核吸附Ga或In原子实现生长的模型与实际情况较为接近.对于晶体质量的变化也给予了说明.得到的高质量立方相InGaN室温下有很强的发光峰,光致发光峰半高宽为128meV左右.     

未掺杂GaN外延膜的结晶特性与蓝带发光关系的研究

采用卢瑟福背散射／沟道技术，X射线双晶衍射技术和光致发光技术对几个以MOCVD技术生长的蓝带发光差异明显的未掺杂GaN外延膜和GaN：Mg外延膜进行了测试。结果表明，未掺杂GaN薄膜中出现的2．9eV左右的蓝带发光与薄膜的结晶品质密切相关。随未掺杂GaN的蓝带强度与带边强度之比增大，GaN的卢瑟福背散射／沟道谱最低产额增大，X射线双晶衍射峰半高宽增大。未掺杂GaN薄膜的蓝带发光与薄膜中的某种本征缺陷有关。研究还表明，未掺杂GaN中出现的蓝带与GaN：Mg外延膜中出现的2．9eV左右的发光峰的发光机理不同。     

生长温度对InGaN/GaN多量子阱LED光学特性的影响

利用低压MOCVD系统,在蓝宝石衬底上外延生长了InGaN/GaN多量子阱蓝紫光LED结构材料.研究了生长温度对有源层InGaN/GaN多量子阱的合金组分、结晶品质及其发光特性的影响.结果表明当生长温度从730℃升到800℃时,LED的光致发光波长从490nm移到380nm,室温下PL谱发光峰的半高全宽从133meV降到73meV,表明了量子阱结晶性的提高.高温生长时,PL谱中还观察到了GaN的蓝带发光峰,说明量子阱对载流子的限制作用有所减弱.研究表明,通过改变生长温度可以对LED发光波长及有源层InGaN的晶体质量实现良好的控制.     

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.     

背势垒对InAlN/GaN异质结构中二维电子气的影响

利用有效质量理论自洽求解Poisson和Schrdinger方程理论研究了背势垒插入层对InAlN/GaN晶格匹配异质结构的电学性能的影响。研究表明,对于In0.17Al0.83N/AlN/GaN的异质结构,AlN的临界厚度为2.43 nm。此时,异质结中二维电子气(2DEG)浓度达到2.49×1013 cm-2,且不随势垒层厚度的变化而变化。重点模拟研究了具有背势垒的InAlN/AlN/GaN/AlGaN/GaN和InAlN/AlN/GaN/InGaN/GaN两种结构的能带结构和2DEG的分布情况。理论结果表明,采用AlGaN背势垒结构时,对于AlGaN的任意Al组分,GaN沟道层导带底能量均被抬升,增强了AlN/GaN三角势阱对2DEG的限制作用,提高了电子迁移率。采用InGaN/GaN作为背势垒结构,当InGaN厚度为2或3 nm时,三角势阱中的2DEG随InGaN中In组分的增加先升高后降低,这主要是由于GaN/InGaN界面处产生的正极化电荷的影响,引起电子在AlN/GaN三角势阱和InGaN/GaN势阱之间的分布变化。     

InGaN光致发光性质与温度的关系

分析了用金属有机物气相外延方法(MOVPE)在蓝宝石衬底上生长的铟镓氮(InGaN)的光致发光(PL)性质.发现在4.7K至300K范围内,随着温度升高,InGaN带边辐射向低能方向移动,峰值变化基本符合Varshni经验公式;同时InGaN发光强度虽有所衰减,但比GaN衰减程度小,分析了导致GaN和InGaN光致发光减弱的可能因素.     

GaN{11-22}半极性面上生长InGaN/GaN多量子阱的研究

利用选择性横向外延技术生长{11-22}半极性面GaN模板,并利用半极性面模板生长InGaN/GaN多量子阱结构。结果表明,生长出的GaN模板由半极性面{11-22}面和c面组成,多量子阱具有390nm和420 nm的双峰发光特性,局域阴极发光(CL)测试表明390 nm附近的发光峰来源于半极性面上的量子阱发光,而420 nm左右的发光峰源于c面量子阱发光。c面量子阱发光相对于斜面量子阱发光发生显著红移是因为在选择性横向外延生长过程中,In组分相比Ga较易从掩模区域向窗口中心区域迁移,形成了中心高In组分的c面量子阱,而半极性面上InGaN/GaN多量子阱量子限制斯塔克效应相比于极性面会减弱,此外,相同生长条件下半极性面的生长速率低于极性c面的生长速率。     

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.