GaN的ECR-PEMOCVD生长中衬底清洗和氮化的分析

在改进的电子回旋共振(ECR)等离子体增强金属有机物化学汽相沉积(ECR-PEMOCVD)装置(ESPD-U)中,以氮等离子体为氮源,三乙基镓(TEG)为镓源,在蓝宝石(α-Al2O3)衬底上生长氮化镓(GaN)薄膜.在不同的温度、氮氢流量下,分别对α-Al2O3衬底进行等离子体清洗和氮化,并用RHEED实时监测.通过对RHEED图像的分析,得出衬底清洗和氮化的最佳条件.     

用于GaN生长的蓝宝石衬底化学抛光研究

蓝宝石是生长GaN材料最常用的衬底，本文研究了H2SO4和H3PO4的混合酸液的温度、混合酸的比例以及腐蚀时间对蓝宝石腐蚀速率的影响．发现在H2SO4：H3PO4=3：1的溶液中的腐蚀速率是由表面化学反应速率所控制．利用X射线双晶衍射对除去蓝宝石表面的机械损伤层情况进行了测量．     

氮化对蓝宝石衬底上AlGaN/GaN异质结

研究了不同氮化条件对蓝宝石衬底上生长的AlGaN/GaN异质结材料特性的影响。研究表明,随着氮化过程NH₃流量的增大,GaN外延层的晶体质量得到了改善,GaN内应力释放,但是AlGaN/GaN异质结构中二维电子气的迁移率有所恶化。讨论了上述现象出现的原因。     

氮化对蓝宝石衬底上AlGaN/GaN异质结材料性能的影响

研究了不同氮化条件对蓝宝石衬底上生长的AlGaN/GaN异质结材料特性的影响。研究表明,随着氮化过程NH3流量的增大,GaN外延层的晶体质量得到了改善,GaN内应力释放,但是AlGaN/GaN异质结构中二维电子气的迁移率有所恶化。讨论了上述现象出现的原因。     

用MOCVD在ZnO/Al_2O_3衬底上生长GaN及其特性

本文报道利用直流反应磁控溅射技术在Ａｌ２Ｏ３上生长一层ＺｎＯ,再用ＬＰＭＯＣＶＤ在ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３衬底上生长ＧａＮ．实验发现低温生长ＣａＮ过渡层有利于晶体质量的提高;ＰＬ谱主峰红移到蓝光区;二次离子质谱仪（ＳＩＭＳ）测量发现有Ｚｎ扩散到ＧａＮ外延层,Ｚｎ的扩散引起光致发光谱主峰移动．估算出在１０５０℃Ｚｎ在ＧａＮ中扩散系数是８６×１０－１４ｃｍ２／ｓ．     

α-Al_2O_3衬底上GaN膜瞬态光电导性质研究

本文报道了蓝宝石（α－Ａｌ２Ｏ３）衬底上ＧａＮ薄膜的瞬态光电导性质．用ＹＡＧ∶Ｎｄ脉冲激光器测量的光电导衰减曲线存在两个特征区域,即起始衰减区域和拖尾区域,分别对应时间常数：τ０１～０．１ｍｓ和τ０２～１．０ｍｓ．在相同偏压和光强下,加热样品至３００℃,光电导衰减曲线的两个特征区域均发生变化,对应的两个时间常数都相应变小．实验结果说明在导带边几十ｍｅＶ内存在大量陷阱．对衰减曲线起始２００ｎｓ取样,发现光照时光电导呈“Ｓ”形上升,停止光照,光电导锐利下降并出现振荡,表明光照停止后,载流子在导带和深陷阱能级的     

GaN缓冲层上低温生长AlN单晶薄膜

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)技术,在α-Al2O3(0001)(蓝宝石)衬底上,分别以高纯氮气(N2)和三甲基铝(TMAl)为氮源和铝源低温生长氮化铝(AlN)薄膜.利用反射高能电子衍射(RHEED)、原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)等测量样品,研究了AlN缓冲层和氮化镓(GaN)对六方AlN外延层质量的影响,实验表明在GaN缓冲层上能够低温生长出C轴取向的AlN单晶薄膜.     

GaN/SiO_2刻蚀选择比的研究

在干法刻蚀GaN时使用SiO2作为掩蔽物,为了在较快的GaN刻蚀速率下获得良好的GaN/SiO2刻蚀选择比,使用电感耦合等离子刻蚀机(ICP),运用Cl2和Ar作为刻蚀气体,改变ICP功率、直流自偏压、气体总流量、气体组分等工艺条件,并讨论了这些因素对GaN/SiO2刻蚀选择比以及对GaN刻蚀速率的影响。实验结果获得了GaN在刻蚀速率为165nm/min时的GaN/SiO2选择比为8∶1。设备验收时GaN刻蚀速率为70nm/min,GaN/SiO2选择比为3.5∶1,可以应用于实际生产。     

α-Fe2O3薄膜的制备、结构和气敏特性

采用等离子增强化学气相淀积工艺(PECVD)制备出了Fe₂O₃薄膜。用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了薄膜的结构、表面形貌和粒度。研究了薄膜对乙醇、液化石油气、煤气和氢气的敏感特性。结果表明所研制的薄膜对乙醇有较高灵敏度,其检测下限可达1ppm,而对液化石油气、煤气和氢气不太敏感,具有优良的选择性。     

氮化Si基ZnO/Ga_2O_3制备GaN薄膜

利用射频磁控溅射法在Si衬底上先溅射ZnO缓冲层,接着溅射Ga2O3薄膜,然后ZnO/Ga2O3膜在管式炉中常压下通氨气进行氮化,反应自组生成GaN薄膜。XRD测量结果表明,利用该方法制备的GaN薄膜是沿c轴方向择优生长的六角纤锌矿多晶结构的薄膜,利用SEM观测了其表面形貌,PL测量结果发现了位于351nm处的室温光致发光峰。     

Cl2/BCl3感应耦合等离子体GaN刻蚀侧壁形貌研究

基于感应耦合等离子体干法刻蚀技术,对采用Cl2/BCl3气体组分下GaN刻蚀后的侧壁形貌进行了研究。扫描电镜(SEM)结果表明,一定刻蚀条件下,刻蚀后GaN侧壁会形成转角与条纹状褶皱形貌。进一步实验,观察到了GaN侧壁转角形貌的形成过程;低偏压功率实验表明,高能离子轰击是GaN侧壁转角与条纹状褶皱形貌形成的原因。刻蚀过程中,掩蔽层光刻胶经过高能离子一段时间轰击后,其边缘首先出现条纹状褶皱形貌,并转移到GaN侧壁上,接着转角形貌亦随之出现并转移到GaN侧壁上。这与已公开发表文献认为的GaN侧壁条纹状褶皱仅由于掩蔽层边缘粗糙所引起而非刻蚀过程中形成的解释不同。     

氮化工艺对GaN缓冲层生长的影响

以氮等离子体为氮源,以三乙基镓（TEG）为镓源,在蓝宝石（Al2O3）衬底上生长GaN缓冲层。主要考察了氮化温度和氮气流量对缓冲层生长的影响。实验中采用了氢氮混合等离子体清洗的方法,提高了清洗的质量。用X射线衍射来表征晶体的结构,用原子力显微镜来表征表面形貌。通过对高能电子衍射仪获得的缓冲层与氮化层的衍射图样进行比较,对GaN的氮化实验参数进行了优化。     

标准温度和衬底分步清洗对GaN初始生长影响RHEED研究

在经过校温的ECR-PEMOCVD装置上,通过分析RHEED(反射高能电子衍射)图像研究了常规清洗和ECR等离子体所产生的活性氢氮等离子体源对蓝宝石衬底进行清洗、氮化实验,结果表明:经常规清洗的蓝宝石衬底的表面晶质差异很大;按照经验清洗30 min是不能清洗充分的,那么根据情况进行多步清洗就显得很重要了;结果表明清洗得很充分的衬底经20 min的氮化出来,而未清洗充分的衬底20 min或更长的时间是不能氮化出来的.     

HVPE法制备GaN过程中GaAs衬底的氮化

在自制的立式氢化物气相外延(HVPE)系统炉中,一定温度下通入一定流量的NH3使GaAs(111)衬底氮化一层GaN薄膜,以防止高温外延生长GaN时GaAs分解,进而提高了之后GaN外延生长的晶体质量。实验主要通过XRD检测氮化层的质量,研究了氮化温度和时间对氮化层的影响。实验发现,氮化温度过高会使GaAs表面分解,氮化层为多晶。氮化时间过短,氮化层致密性低,不能起到保护衬底的作用;时间过长则氮化层质量降低,GaN(002)半高宽(FWHM)较大。分析结果表明,在500℃氮化2min的工艺条件下,获得的氮化层质量相比其他条件较好,致密性高。     

蓝宝石图形衬底上GaN低温缓冲层的研究

低温下,在蓝宝石图形衬底上使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长低温GaN(LT-GaN)缓冲层,并对其表面形貌进行了细致的观察,发现了不同于已报道的GaN选择性成核生长现象。基于不同厚度的低温GaN缓冲层生长了n型GaN(n-GaN),发现过厚或者过薄的缓冲层都会对n-GaN晶体质量产生负面影响,并结合初始成核阶段进行了原因分析。制备了基于不同厚度的n-GaN的发光二极管(LED)样品,分析了GaN晶体质量对LED输出功率的影响。同时发现,晶体质量较差的时候,光提取效率可能主导着对LED器件性能的影响。     

MOCVD生长GaN膜的光调制反射谱研究

采用光调制反射光谱（PR）研究了（0001）晶向蓝宝石村底上MOCVD方法生长的单晶六角GaN薄膜的室温光学性质。测得六角GaN薄膜的禁带宽度为3．400eV，对PR谱的调制机理进行了分析，发现信号来自缺陷作用下的表面电场调制。光吸收增和光反射谱的测量，得到3．39eV的光学吸收边和3．3eV的反射峰，证实了光调制反射光谱的结果。     

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.