GaN薄膜低温外延的ECR—APMOCVD技术

给出了用电子回旋共振微波等离了体辅助金属有机化学汽相沉积（ＥＣＲＰＡＭＯＣＶＤ）技术和在低温、极低气压下生长ＧａＮ外延膜的装置、工艺及实验结果。并与以往的ＧａＮ外延技术进行了比较，说明了这种新的低温外延技术的独特优点。     

GaAs(001)衬底上MOCVD生长的立方相GaN外延薄膜的光学性质研究

本文报道了利用MOCVD方法,在GaAs衬底(001)面制备的立方GaN薄膜的光学性质.利用光致发光(PL)光谱的半高宽确定制备的样品具有不同的晶体质量.利用喇曼散射(RS)光谱研究了立方GaN薄膜中的光学声子模式.横向(TO)和纵向(LO)声子在立方GaN中的散射峰分别位于552cm-1和739cm-1.另外还观察到来自界面无序层的TOB和LOB.根据喇曼频移和选择定则可识别GaN中的相组成.其来自六方相GaN的E2声子模,可作为识别立方GaN中六方相的标志.随着退火温度的升高,样品中的界面层的效应减弱,六方相增加     

MOCVD外延生长GaN材料的技术进展

第三代半导体材料GaN由于具有优良性质使其在微电子和光电子领域有广阔的应用前景,目前制备GaN的方法主要有分子束(MBE)、氯化物气相外延(HVPE)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)。其中HVPE技术制备GaN的速度最快,适合制备衬底材料;MBE技术制备GaN的速度最慢;而MOCVD制备速度适中。因而MOCVD在外延生长GaN材料方面得到广泛应用。介绍了MOCVD法外延生长GaN材料的基本理论、发展概况、利用MOCVD法外延生长GaN材料的技术进展。认为应结合相关技术发展大面积、高质量GaN衬底的制备技术,不断完善缓冲层技术,改进和发展横向外延技术,加快我国具有国际先进水平的MOCVD设备的研发速度,逐步打破进口设备的垄断。     

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.     

硅基GaN薄膜的外延生长

本文报道采用简便的真空反应法在Ｓｉ（１１１）衬底上生长出了六方结构的ＧａＮ单晶薄膜,并对ＧａＮ薄膜的表面形貌、结晶学性质和光学特性作了研究．ＳＥＭ表明外延层表面光亮平整,无裂纹出现,ＸＲＤ图谱上有一ＧａＮ（０００２）衍射峰,其半高宽为０．５°,室温下的光致发光谱在３７３ｎｍ处有一个很强的发光峰,其半高宽为８ｎｍ（３５．７ｍｅＶ）．     

含有低温AlN插入层的厚膜GaN的氢化物气相外延生长

研究了采用低温氮化铝(LT-AlN)插入层的厚膜GaN的氢化物气相外延生长(HVPE),并比较了7nm厚的LT-AlN插入层在经过不同退火时间后对GaN膜生长的影响.结果表明,退火后的LT-AlN插入层表面形貌发生很大变化.在一定的退火条件下,AlN插入层能有效地改善HVPE生长的GaN外延层的结晶质量.     

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．     

(001)GaAs衬底上异质外延的立方GaN薄膜与界面

用电子回旋共振微波等离子体辅助金属有机化学气相沉积（ＥＣＲ－ＰＡＭＯＣＶＤ）法，在低温条件下，在（００１）ＧａＡｓ衬底上异质外延，生长了立方晶ＧａＮ薄膜．高分辩电镜（ＨＲＥＭ）观测与Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）测量结果表明：ＧａＮ薄膜具有典型的闪锌矿结构；三种方法测得其晶格常数为０．４５１～０．４５７ｎｍ；在ＧａＮ／ＧａＡｓ界面处的生长模式为异质外延；ＧａＮ薄膜中的位错主要为堆垛层错与刃形位错；随着远离界面，ＧａＮ中位错密度与镶嵌组织迅速减少．     

图形化蓝宝石衬底表面原位处理对GaN外延薄膜的影响

采用预铺Ga或NH_3氮化等方式原位处理图形化蓝宝石衬底(PSS)表面,然后外延生长了GaN薄膜,研究了PSS表面预处理对GaN薄膜表面形貌、晶体质量以及残余应力的影响。结果显示,PSS经过预铺Ga后生长的GaN薄膜具有平滑的表面和清晰平直的原子台阶,且位错密度最低;氮化后生长的GaN薄膜原子台阶较宽,螺型位错密度较低;衬底未经表面处理生长的GaN薄膜,原子台阶模糊,位错密度最高;同时,与氮化或未经预处理的方法相比,经过预铺Ga的方式预处理PSS表面后生长的GaN薄膜残余应力最小。分析认为,预铺Ga、氮化等方式处理衬底表面,改变了PSS微结构,有利于生长表面平滑、晶体质量高、残余应力小的GaN薄膜。     

MOCVD生长GaN和GaN：Mg薄膜的对比研究

对在SiC衬底上采用MOCVD方法制备的GaN和GaN：Mg薄膜进行X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和拉曼散射光谱的对比研究发现：两种样品均处于张力作用之下，但是GaN：Mg样品却由于Mg的掺杂会在样品中引入更多的缺陷和位错加剧薄膜的无序化程度，致使薄膜质量变差；其次因为Mg原子半径比Ga原子半径大，所以当Mg替代Ga以后会引发压力应力，从而使薄膜张力减小，最后通过计算说明对于GaN：Mg样品而言，除了载流子以外，薄膜质量同样也会对A1(LO)模式产生影响．     

Si薄膜低温液相外延

选用Ａｕ／Ｂｉ合金熔体在低温下实现了硅薄膜的外延生长，外延温度４００℃～５００℃，采用Ｓｎ源内的饱和硅来保护衬底的方法，以防止升温饱和过程中衬底的氧化，运用扫描电镜，Ｃ－Ｖ法及俄歇能谱对外延膜形貌和结深附近载流子浓度进行了观察和测量。     

异质外延GaN及其三元合金薄膜的RBS/channeling研究

本文阐述了用ＲＢＳ／ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ技术研究异质外延ＧａＮ及其三元合金薄膜的重要性和必要性,报道了实验测量出的ＧａＮ及其三元合金ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ膜的结构,给出了较为准确的元素种类、成分配比、薄膜厚度、合金元素的浓度随深度的分布、结晶品质、晶轴取向等信息,测出了几种薄膜的背散射沟道谱与随机谱之比χｍｉｎ值（Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ的χｍｉｎ值可低至１．１７％）和沟道坑的半角宽Ψ１／２（ＧａＮ的半角宽为０．７４°）,对于其他测试方法无法给定的中间层的情况及不同衬底对成膜的影响,本文亦有明确的说明．     

MOCVD法横向外延过生长GaN薄膜

介绍了金属有机化学气相沉积(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)法横向外延过生长GaN薄膜的原理,阐述了该技术形成选择生长和减少GaN薄膜缺陷密度的机理。综述了该技术的发展历程以及最新进展。新型的横向外延过生长技术大大简化了生长工艺以及降低了晶向倾斜。