2×25.4mm GaN LED外延膜的激光剥离及其衬底的重复利用

利用激光剥离技术实现直径为50.8mm GaNLED外延膜的大面积完整剥离。激光剥离后的原子力显微镜（AFM）扫描和X射线双晶衍射谱（XRD）表明剥离前后外延膜的质量并未明显改变。并报道了在剥离掉后的蓝宝石（α-Al2O3）衬底上MOCVD外延生长InGaN/GaN多量子阱（MQW′s）LED器件结构,通过光致发光谱（PL）和XRD谱对比分析了在相同条件下剥离掉后衬底与常规衬底上生长的GaNLED外延膜晶体质量。     

预处理蓝宝石衬底上生长高质量 GaN 显示薄膜

采用化学方法腐蚀部分 c-面蓝宝石衬底,在腐蚀区域形成一定的图案,利用 LP-MOCVD 在此经过表面处理的蓝宝石衬底上外延生长 GaN 薄膜.采用高分辨率双晶X射线衍射(DCXRD)、光致发光光谱(PL)、透射光谱分析GaN薄膜的晶体质量和光学质量.分析结果表明,CaN 薄膜透射谱反映出的 CaN 质量与 X射线双晶衍射测量的结果一致,即透射率越大,半高宽越小,结晶质量越好;对蓝宝石衬底进行前处理可以大大改善GaN薄膜的晶体质量和光学质量,其(0002)面及(1012)面XRD半高宽(FWHM)分别降低到 208.80arcsec 及 320.76arcsec,而且其光致发光谱中的黄光带几乎可以忽略.     

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基外延膜的激光剥离和InGaN LD外延膜的解理

利用波长为248nm的KrF准分子激光器进行了蓝宝石衬底GaN外延层剥离。对极薄的MOCVD生长的单层GaN外延膜(3μm)和InGaNLD外延膜(5μm)实现了大面积剥离。对剥离蓝宝石衬底背面抛光和未抛光外延片的不同特点作了比较,激光剥离所需的能量密度阈值分别约为200mJ/cm2和300mJ/cm2,优化结果表明,能量密度分别在400mJ/cm2和600mJ/cm2可实现稳定的剥离。同时对剥离后的InGaN多量子阱LD结构薄膜进行了解理,SEM观察显示获得的InGaNLD腔面平整光滑。基于这种技术可以获得无蓝宝石衬底的GaN基光电子和电子器件。     

GaN基LED与Si键合技术的研究

采用金属键合技术结合激光剥离技术将GaN基LED从蓝宝石衬底成功转移到Si衬底上。利用X射线光电子谱(XPS)研究不同阻挡层对Au向GaN扩散所起的阻挡作用,确定键合所需的金属过渡层。利用多层金属过渡层,在真空、温度400℃和加压300 N下实现GaN基LED和Si的键合,通过激光剥离技术将蓝宝石衬底从键合结构上剥离下来,形成GaN基LED/金属层/Si结构。用金相显微镜及原子力显微镜(AFM)观察结构的表面形貌,测得表面粗糙度(RMS)为12.1 nm。X射线衍射(XRD)和Raman测试结果表明,衬底转移后,GaN基LED的结构及其晶体质量没有发生明显变化,而且GaN与蓝宝石衬底间的压应力得到了释放,使得Si衬底上GaN基LED的电致发光(EL)波长发生红移现象。     

玻璃衬底上制备GaN薄膜的研究进展

近年来,GaN基发光二极管(LED)的发展异常迅速,以玻璃为衬底的LED具有成本低、可大面积化生产等优点而引起了国内外许多科研机构的广泛研究兴趣.但由于普通玻璃较低的软化温度(500～ 600℃)以及与GaN之间存在较大的晶格失配问题,一直阻碍其发展.重点综述了玻璃衬底上生长GaN薄膜的方法以及改善外延层晶体质量的技术.分别介绍了两种在普通玻璃上生长GaN的方法,即低温生长和局部加热生长,同时详述了采用缓冲层和横向外延过生长(ELO)技术对外延GaN晶体质量的影响.对局部加热、ELO等技术在玻璃衬底LED方面的应用进行了分析和预测,认为以玻璃为衬底的LED终会取得快速地发展.     

Si衬底上SiC薄膜的快速生长

用垂直式低压化学气相沉积(LPCVD)系统,在(111)和(100)Si衬底上快速外延生长了SiC.用Nomarski光学显微镜和X射线衍射(XRD)分析了SiC外延膜.探讨了生长速度与反应气体流量的关系,HCl在反应过程中的作用机理,以及在快速生长条件下外延膜的结晶和取向关系.     

Si衬底上SiC薄膜的快速生长

用垂直式低压化学气相沉积(LPCVD)系统,在(111)和(100)Si衬底上快速外延生长了SiC.用Nomarski光学显微镜和X射线衍射(XRD)分析了SiC外延膜.探讨了生长速度与反应气体流量的关系,HCl在反应过程中的作用机理,以及在快速生长条件下外延膜的结晶和取向关系.     

在不同衬底上生长ZnO薄膜及其特性研究

在不同衬底温度下用脉冲激光沉积法(PLD)分别在n-Si(111)、蓝宝石(001)和非晶石英衬底上生长了ZnO薄膜。首先对薄膜进行了X射线衍射(XRD)分析,找出在三种不同衬底上制得的结晶质量最好的ZnO薄膜所对应的最佳衬底温度。然后对最佳衬底温度下得到的ZnO薄膜分别进行了X射线衍射(XRD)、光致发光谱(PL)和原子力显微镜(AFM)分析。结果表明,在硅衬底上生长的ZnO薄膜XRD谱半高宽最小,PL谱特征发光峰强度最强,AFM下的平均粒径最大,说明硅衬底上生长的ZnO薄膜结晶质量最好,而在石英衬底上生长的ZnO薄膜结晶质量最差。     

Laser lift-off technique and the re-utilization of GaN-based LED films grown on sapphire substrate

A thin GaN LED film, grown on 2-inch-diameter sapphire substrates, is separated by laser lift-off. Atom force microscopy （AFM） and the double-crystal X-ray diffraction （XRD） have been employed to characterize the performance of Gan before and after the lift-off process. It is demonstrated that the separation and transfer processes do not alter the crystal quality of the GaN films obviously. InGaN/GaN multi-quantum-wells （MQW＇s） structure is grown on the separated sapphire substrate later and is compared with that grown on the conventional substmte under the same condition by using PL and XRD spectrum.     

Integration of GaN thin films with dissimilar substrate materials by Pd-In metal bonding and laser lift-off

Gallium nitride (GaN) thin films grown on sapphire substrates were successfully bonded and transferred onto GaAs, Si, and polymer “receptor” substrates using a low-temperature Pd-In bond followed by a laser lift-off (LLO) process to remove the sapphire growth substrate. The GaN/sapphire structures were joined to the receptor substrate by pressure bonding a Pd-In bilayer coated GaN surface onto a Pd coated receptor substrate at a temperature of 200°C. X-ray diffraction showed that the intermetallic compound PdIn₃ had formed during the bonding process. LLO, using a single 600 mJ/cm², 38 ns KrF (248 nm) excimer laser pulse directed through the transparent sapphire substrate, followed by a low-temperature heat treatment, completed the transfer of the GaN onto the “receptor” substrate. Cross-sectional scanning electron microscopy and x-ray rocking curves showed that the film quality did not degrade significantly during the bonding and LLO process.     

利用金属键合和激光剥离技术制备GaN/metal /Si异质结构的研究

利用金属键合和激光剥离将生长在蓝宝石衬底上的GaN薄膜转移到Si衬底上。键合后采用波长为248nm的准分子脉冲激光辐照蓝宝石衬底,低温处理去除蓝宝石衬底。系统地研究不同键合温度和激光能量密度对GaN结构和光学特性的影响。AFM、XRD和PL测试表明：键合温度和激光剥离的能量密度较低,转移衬底后GaN的质量较好;激光剥离的阈值能量密度为300mJ/cm2;键合温度400℃的样品均方根粗糙度（RMS）约为50nm。     

GaN/metal/Si heterostructure fabricated by metal bonding and laser lift-off

A process methodology has been adopted to transfer GaN thin films grown on sapphire substrates to Si substrates using metal bonding and laser lift-off techniques. After bonding, a single KrF (248 nm) excimer laser pulse was directed through the transparent sapphire substrates followed by low-temperature heat treatment to remove the substrates. The influence of bonding temperature and energy density of the excimer laser on the structure and optical properties of GaN films were investigated systemically. Atomic force microscopy, X-ray diffraction and photolumi-nescence measurements showed that (1) the quality of the GaN film was higher at a lower bonding temperature and lower energy density; (2) the threshold of the energy density of the excimer laser lift-off GaN was 300 mJ/cm~2. The root-mean-square roughness of the transferred GaN surface was about 50 nm at a bonding temperature of 400 ℃.     

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.     

Effect of Substrate Nitridation on Properties of Thick GaN Film Grown by Hydride Vapour Phase Epitaxy

Thick GaN films were grown on the sapphire substrate by hydride vapour phase epitaxy. The properties of GaN films were found to be significantly influenced by the duration of exposing the sapphire substrate to ammonia prior to the GaN growth initiation. The crystalline quality of GaN films revealed by high resolution X-ray diffraction were strongly dependent on the nitridation time, which determined substrate surface topography. The different nitridation schemes strongly affected the morphology of GaN overlayers resulting in the blue shift of the main excitonic peak in photoluminescence spectra at room temperature.     

MOCVD生长中利用Al双原子层控制和转变 GaN的极性

讨论了采用MOCVD在Al2O3衬底上生长GaN过程中的极性问题,在氮化衬底上生长低温缓冲层前沉积一Al层来改变外延层的极性,并用CICISS来测量这一级性,最后给出了一种模型来解释这一极性的转变。