采用AlN缓冲层在Si(111)衬底上生长GaN的形貌

针对Si衬底上生长GaN具有的特有形貌进行了研究,分析采用扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)等手段,研究了使用AlN作为缓冲层的GaN的生长模式、缺陷形成机理、应力释放机制.并且发现缓冲层厚度和外延层生长温度对裂纹和表面缺陷的形成有很大的影响.     

采用AlN缓冲层在Si(111)衬底上生长GaN的形貌

针对Si衬底上生长GaN具有的特有形貌进行了研究,分析采用扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)等手段,研究了使用AlN作为缓冲层的GaN的生长模式、缺陷形成机理、应力释放机制.并且发现缓冲层厚度和外延层生长温度对裂纹和表面缺陷的形成有很大的影响.     

Si衬底GaN基多量子阱外延材料的TEM研究

本文采用高分辨透射电子显微技术对在Si衬底生长的GaN基多量子阱外延材料的位错特征、外延层与衬底的晶体取向关系及界面的结晶形态等微观结构进行了分析和研究.结果表明:Si衬底生长的GaN与衬底有一定的取向关系;材料在MQW附近的穿透位错密度达108 cm-2量级,且多数为刃型位错;样品A的多量子阱下方可见平行于界面方向的...     

Si(111)衬底上GaN外延材料的应力分析

对Si(111)衬底上GaN外延材料的应力随着低温AlN插入层数的变化进行了分析研究。通过喇曼散射谱在高频E2(TO)模式下的测试分析发现,随着低温AlN插入层数的增加,GaN材料的E2(TO)峰位逐渐接近体GaN材料的E2(TO)峰位(无应力体GaN材料的E2(TO)峰位为568cm-1),计算得出GaN材料的应力从1.09GPa减小到0.42GPa。同时,使用室温光荧光谱进行了分析验证。结果表明,Si衬底上GaN外延材料受到的是张应力,通过低温AlN插入层技术可以有效降低GaN材料的应力,并且最终实现了表面光亮的厚层无裂纹GaN材料。     

Si衬底InGaN/GaN多量子阱LED外延材料的微结构

用透射电子显微镜(TEM)和X射线双晶衍射仪(DCXRD)对在Si(111)衬底上生长的InGaN/GaN多量子阱(MQW)LED外延材料的微结构进行了观察和分析.从TEM高分辨像观察到,在Si和AlN界面处未形成SixNy非晶层,在GaN/AlN界面附近的GaN上有堆垛层错存在,多量子阱的阱(InGaN)和垒(GaN)界面明锐、厚度均匀;TEM和DCXRD进一步分析表明MQW附近n型GaN的位错密度为10acm-2量级,其中多数为b=1/3〈112-0〉的刃位错.     

Si(111)衬底高温AlN缓冲层厚度及其结构特性

通过高分辨X射线衍射、光致发光、二次离子质谱(SIMS)、原子力显微镜和同步辐射X射线衍射分析了AlN缓冲层的厚度对GaN外延层的影响.实验表明,在缓冲层厚度为13～20nm之间时,GaN外延层的张应力最小,同时晶体质量和光学质量达到最优值.此外,SIMS分析表明,当AlN缓冲层位于13～20nm之间时,可有效抑制Si的扩散.     

Si(111)衬底高温AlN缓冲层厚度及其结构特性

通过高分辨X射线衍射、光致发光、二次离子质谱（SIMS) 、原子力显微镜和同步辐射X射线衍射分析了AlN缓冲层的厚度对GaN外延层的影响. 实验表明，在缓冲层厚度为13～20nm之间时，GaN外延层的张应力最小，同时晶体质量和光学质量达到最优值. 此外，SIMS分析表明，当AlN缓冲层位于13～20nm之间时，可有效抑制Si的扩散.     

Si(111)衬底高温AlN缓冲层厚度及其结构特性

通过高分辨X射线衍射、光致发光、二次离子质谱(SIMS)、原子力显微镜和同步辐射X射线衍射分析了AlN缓冲层的厚度对GaN外延层的影响.实验表明,在缓冲层厚度为13～20nm之间时,GaN外延层的张应力最小,同时晶体质量和光学质量达到最优值.此外,SIMS分析表明,当AlN缓冲层位于13～20nm之间时,可有效抑制Si的扩散.     

AlN成核层厚度对Si上外延GaN的影响

采用低温AlN成核层,在Si(111)衬底上,用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法生长了GaN薄膜。采用高分辨X射线衍射(XRD)、椭圆偏振光谱仪和原子力显微镜(AFM)研究了AlN成核层的厚度对GaN外延层的影响。对AlN的测试表明,AlN的表面粗糙度(RMS)随着厚度增加而变大。对GaN的测试表明,所有GaN样品在垂直方向处于压应变状态,并且随AlN厚度增加而略有减弱。GaN的(0002)_ω扫描的峰值半宽(FWHM)随着AlN成核层厚度增加而略有升高,GaN(10-12)_ω扫描的FWHM随着厚度增加而有所下降。(10-12)_ω扫描的FWHM与GaN的刃型穿透位错密度相关,A1N成核层的厚度较大时会降低刃型穿透位错密度,并减弱c轴方向的压应变状态。     

Si衬底GaN基材料及器件的研究

GaN具有禁带宽、热导率高等特点,广泛应用于光电子和微电子器件领域.Si衬底GaN基材料及器件的研制将进一步促进GaN基器件与传统器件工艺的集成,因而具有很高的研究价值.介绍了Si衬底GaN基材料生长及特性方面的研究现状和GaN基器件的进展情况.     

Al沉积时间对Si衬底GaN材料的影响

通过改变高温AlN形核层生长时提前通入TMAl的时间,分别在Si(111)衬底上生长了4个1μm厚的GaN样品,并对每个样品的GaN外延材料进行了分析研究。通过显微镜观察发现,Al的沉积时间为12 s时,GaN材料表面光亮,基本没有裂纹。另外通过喇曼谱和光荧光谱(PL)测试得出,随着生长初期Al沉积时间的增加(8～15 s),GaN外延层的水平应力逐渐减小(由1.28 GPa减小到0.67 GPa),Al的沉积时间为12 s时GaN外延材料的应力较小。同时,GaN材料(002)和(102)晶面的X射线衍射摇摆曲线表明,Al的沉积时间为12 s时GaN外延材料的晶体质量最好。     

Si基GaN薄膜的制备方法及结构表征

分别采用射频磁控溅射、热壁化学气相沉积(CVD)、电泳沉积法制备GaN薄膜。利用扫描电镜(SEM)、荧光光谱仪对样品进行结构、形貌和发光特性的分析比较。射频磁控溅射方法中,把SiC中间层沉淀到Si衬底上,目的是为了缓冲由GaN外延层和Si衬底的晶格失配造成的应力。结果证实了SiC中间层提高了GaN薄膜的质量。热壁化学气相沉积法制备GaN晶体膜时,选择H2作反应气体兼载体,有利于GaN膜的形成。电泳沉积法显示所得样品为六方纤锌矿结构的GaN多晶薄膜。结果表明:溅射法制备的GaN薄膜结晶效果好;CVD法制备时GaN薄膜应用范围广;电泳沉积法操作方便、简单易行。     

GaN/GaAs(001)外延薄膜的湿法腐蚀特性

对在GaAs (001) 衬底上用金属有机物气相外延(MOVPE)方法生长的GaN薄膜的湿法腐蚀特性进行了研究.所用腐蚀液包括HCl、H3PO4、KOH水溶液以及熔融KOH,腐蚀温度为90～300℃.实验发现不同的腐蚀液在样品表面腐蚀出不同形状的腐蚀坑.KOH溶液腐蚀出长方形的坑,长边平行于(111)A面,表明沿相互垂直的〈110〉晶向的腐蚀特性不同.用不同晶面相对反应性的差别定性解释了腐蚀的这种非对称性.此外,还发现KOH水溶液更有可能用于显示立方相GaN外延层中的层错.     

蓝宝石上高电子迁移率AlGaN/GaN材料的研究

通过优化蓝宝石衬底上GaN材料缓冲层和Mg掺杂生长工艺,获得了高质量的半绝缘GaN缓冲层,同时通过优化AlGaN/GaN异质结材料中AlN插入层的厚度,获得了性能优良的AlGaN/GaN HEMT材料.室温下2DEG载流子面密度为1.21×10013/cm2,迁移率为1970 cm2/V·s,77 K下2DEG迁移率达到13000 cm2/V·s.     

原位退火对HVPE生长的GaN外延层光学性质和结构的影响

研究了原位退火对用氢化物外延方法在(0001)面蓝宝石衬底上生长的氮化镓(GaN)外延薄膜的结构和光学性能的影响.测试表明,氨气气氛下在生长温度进行的原位退火,明显提高了GaN外延膜的质量.X射线衍射(XRD)分析表明,随着原位退火时间的增加,(0002)面和(1012)面摇摆曲线的半峰宽逐渐变窄.喇曼散射谱显示样品退火后E2(high)峰位向低频区移动;随着退火时间的延长,趋向于块状GaN的峰位.可见,原位退火使GaN外延膜中的双轴应力明显减少.光致发光的测试结果与XRD和喇曼散射谱的结论一致.表明原位退火能有效提高GaN外延膜的结构和光学性能.     

GaN/GaAs(001)外延薄膜的湿法腐蚀特性

对在GaAs (001) 衬底上用金属有机物气相外延(MOVPE)方法生长的GaN薄膜的湿法腐蚀特性进行了研究.所用腐蚀液包括HCl、H3PO4、KOH水溶液以及熔融KOH,腐蚀温度为90～300℃.实验发现不同的腐蚀液在样品表面腐蚀出不同形状的腐蚀坑.KOH溶液腐蚀出长方形的坑,长边平行于(111)A面,表明沿相互垂直的〈110〉晶向的腐蚀特性不同.用不同晶面相对反应性的差别定性解释了腐蚀的这种非对称性.此外,还发现KOH水溶液更有可能用于显示立方相GaN外延层中的层错.     

Si基的 RICBD法生长GaN薄膜

讨论反应离化团簇束沉积（RICBD）方法的原理和特点,利用改进的双气流方式和ZnO缓冲层技术在S i 衬底上生长GaN薄膜,并用XPS、XRD和PL对样品进行了测试分析,证实形成了良好的GaN薄膜。     

原位退火对HVPE生长的GaN外延层光学性质和结构的影响

研究了原位退火对用氢化物外延方法在(0001)面蓝宝石衬底上生长的氮化镓(GaN)外延薄膜的结构和光学性能的影响.测试表明,氨气气氛下在生长温度进行的原位退火,明显提高了GaN外延膜的质量.X射线衍射(XRD)分析表明,随着原位退火时间的增加,(0002)面和(1012)面摇摆曲线的半峰宽逐渐变窄.喇曼散射谱显示样品退火后E2(high)峰位向低频区移动;随着退火时间的延长,趋向于块状GaN的峰位.可见,原位退火使GaN外延膜中的双轴应力明显减少.光致发光的测试结果与XRD和喇曼散射谱的结论一致.表明原位退火能有效提高GaN外延膜的结构和光学性能.     

原位SiN_x掩膜生长GaN材料的应力及其对光学性质的影响(英文)

研究了以金属有机化学气相沉积方法生长在SiNx掩模层的GaN的应力状态,以及应力对光学性质的影响。通过微区拉曼光谱对应力进行了表征,结果显示,随着SiNx掩模淀积时间的增加,其上生长的GaN应力会相应地,释放。相应地,低温光致发光测试显示,施主束缚激子发光峰峰位出现明显的红移。我们认为,随着SiNx掩模淀积时间的增加,掩模覆盖度的增大,促进了侧向外延的生长,释放了压应力,进而影响了材料的光学性质。