GaN在Si(001)上的ECR等离子体增强MOCVD直接生长研究

研究了用电子回旋共振(ECR)等离子体增强金属有机物化学气相沉积(PEMOCVD)技术在Si(001)衬底上,低温(620～720℃)下GaN薄膜的直接外延生长及晶相结构.高分辨透射电镜(HRTEM)和X射线衍射(XRD)结果表明:在Si(001)衬底上外延出了高度c轴取向纤锌矿结构的GaN膜,但在GaN/Si(001)界面处自然形成了一层非晶层,其两个表面平坦而陡峭,厚度均匀(≈2nm).分析认为,在初始成核阶段N与Si之间反应所产生的这层SixNy非晶层使GaN的β相没有形成.XRD和原子力显微镜(AFM)结果表明,衬底表面的原位氢等离子体清洗,GaN初始成核及后续生长条件对GaN膜的晶体质量非常重要.     

闪锌矿GaN(001)表面的电子结构

采用混合基表示的第一原理赝势方法 ,计算了闪锌矿结构的 Ga N(0 0 1) (1× 1)干净表面的电子结构 .分析了得到的各原子分态密度、面电荷密度分布以及表面能带结构等性质 ,比较了 Ga N(0 0 1)的 Ga端表面和 N端表面两种情况 .结果显示 ,闪锌矿 Ga N(0 0 1)的 Ga端表面比 N端表面更稳定 ,这两种 (1× 1)表面都是金属特性 .此外 ,还讨论了次表面层原子的性质     

闪锌矿GaN(001)表面的电子结构

采用混合基表示的第一原理赝势方法,计算了闪锌矿结构的GaN(001)(1×1)干净表面的电子结构.分析了得到的各原子分态密度、面电荷密度分布以及表面能带结构等性质,比较了GaN(001)的Ga端表面和N端表面两种情况.结果显示,闪锌矿GaN(001)的Ga端表面比N端表面更稳定,这两种(1×1)表面都是金属特性.此外,还讨论了次表面层原子的性质.     

密度泛函理论研究：高压对β-FeSi2 (100)/Si(001)界面光学性质影响

高压对半导体材料β-FeSi2带隙和光学性质具有很好的调节作用。在本工作中,我们利用密度泛函理论研究了高压对具有Si缺陷结构的β-FeSi2 (100)/Si(001) 界面光学吸收行为的影响。随着压强的增大,光学吸收峰首先减小到一个最小值,然后才慢慢的增大。电子轨道分析表明：电子从价带的最高占据态到导带的最低非占据态的跃迁过程主要发生在界面区域的Fe原子轨道。结构分析表明：这种新奇光吸收行为依赖于施加在β-FeSi2 (100)界面区域的压力,Si(001) 结构可以部分的抵消施加在β-FeSi2 (100) 界面区域的压力,从而造成光吸收峰的下移。但是,当施加的压力足够大时,这种抵消作用开始减弱,从而造成光学吸收峰缓慢的上移。本研究表明压力可以有效的修饰其光学吸收行为。     

利用AlxGa1-xN在Si(111)上生长无裂纹GaN

利用LP-MOCVD技术在Si(111)衬底上,用不同Al组分的AlGaN做缓冲层,再在缓冲层上生长GaN薄膜,采用XRD技术和原子力显微镜(AFM)分析样品知,样品整体的结晶质量良好。通过分析外延层的拉曼谱得出GaN中存在应力,而且是张应力,通过计算得出,应力为0.23 GPa。     

缓冲层温度对Si(111)上GaN表面形貌影响

用不同温度的Al N缓冲层在Si(111)衬底上外延GaN薄膜。通过对薄膜表面扫描电子显微镜(SEM)和高分辨率双晶X射线衍射(DCXRD)的分析,研究了缓冲层生长温度对外延层表面形貌的影响,分析解释了表面形貌中凹坑的形成及缓冲层生长温度对凹坑的影响。结果表明:缓冲层生长温度通过影响缓冲层初始成核密度和成核尺寸来影响外延层表面形貌。较低温度下的Al N缓冲层,在衬底表面形成的成核颗粒因温度太低,无法运动到相邻的颗粒而结合成大的成核颗粒,因此成核密度高,成核尺寸小;高温生长的Al N缓冲层,成核颗粒有足够的能量运动到相邻的成核颗粒,因此使成核颗粒的尺寸增大,成核密度低。这种初始成核密度和尺寸的不同,造成外延层形貌的差异,如表面形貌中凹坑的密度和大小就是受初始成核的直接影响。通过实验和分析,提出了外延生长的物理模型。     

可用于Ⅲ族氮化物生长的50mm 3C-SiC/Si(111)衬底的制备

利用新研制出的垂直式低压CVD(L PCVD) Si C生长系统,获得了高质量的5 0 mm 3C- Si C/ Si(111)衬底材料.系统研究了3C- Si C的n型和p型原位掺杂技术,获得了生长速率和表面形貌对反应气体中Si H4 流量和C/ Si原子比率的依赖关系.利用Hall测试技术、非接触式方块电阻测试方法和SIMS,分别研究了3C- Si C的电学特性、均匀性和故意调制掺杂的N浓度纵向分布.利用MBE方法,在原生长的5 0 mm 3C- Si C/ Si(111)衬底上进行了Ga N的外延生长,并研究了Ga N材料的表面、结构和光学特性.结果表明3C- Si C是一种适合于高质量无裂纹Ga N外延生长的衬底或缓冲材料.     

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.     

可用于Ⅲ族氮化物生长的50mm 3C-SiC/Si(111)衬底的制备

利用新研制出的垂直式低压CVD(LPCVD)SiC生长系统,获得了高质量的50mm 3C-SiC/Si(111)衬底材料.系统研究了3C-SiC的n型和p型原位掺杂技术,获得了生长速率和表面形貌对反应气体中SiH4流量和C/Si原子比率的依赖关系.利用Hall测试技术、非接触式方块电阻测试方法和SIMS,分别研究了3C-SiC的电学特性、均匀性和故意调制掺杂的N浓度纵向分布.利用MBE方法,在原生长的50mm 3C-SiC/Si(111)衬底上进行了GaN的外延生长,并研究了GaN材料的表面、结构和光学特性.结果表明3C-SiC是一种适合于高质量无裂纹GaN外延生长的衬底或缓冲材料.     

缓冲层用于改善硅基氮化镓外延薄膜质量

介绍了GaN材料的基本特性及重要意义,讨论了在Si衬底上外延GaN的可取之处以及存在的主要问题.详细阐述了各种不同材料以及不同结构的缓冲层应用于MOCVD方法在Si衬底上外延GaN,及其所取得的最新成果.对缓冲层降低应力的机制进行了说明.     

缓冲层用于改善硅基氮化镓外延薄膜质量

介绍了GaN材料的基本特性及重要意义,讨论了在Si衬底上外延GaN的可取之处以及存在的主要问题。详细阐述了各种不同材料以及不同结构的缓冲层应用于MOCVD方法在Si衬底上外延GaN,及其所取得的最新成果。对缓冲层降低应力的机制进行了说明。     

Growth and fabrication of AlGaN/GaN HEMT based on Si(1 1 1) substrates by MOCVD

AlGaN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) hetero-structures were grown on the 2-in Si (1 1 1) substrate using metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD). Low-temperature (LT) AlN layers were inserted to relieve the tension stress during the growth of GaN epilayers. The grown AlGaN/GaN HEMT samples exhibited a maximum crack-free area of 8 mm×5 mm, XRD GaN (0 0 0 2) full-width at half-maximum (FWHM) of 661 arcsec and surface roughness of 0.377 nm. The device with a gate length of 1.4 μm and a gate width of 60 μm demonstrated maximum drain current density of 304 mA/mm, transconductance of 124 mS/mm and reverse gate leakage current of 0.76 μA/mm at the gate voltage of −10 V.     

快速率生长MBE InAs/GaAs(001)量子点

用快速率(1.0ML/s)生长MBE InAs/GaAs(001)量子点。原子力显微镜观察结果表明,在量子点体系形成的较早阶段,量子点密度N(θ)随InAs沉积量θ的变化符合自然指数形式N(θ)∝ek(θ-θc),这与以前在慢速生长(≤0.1ML/s)条件下出现的标度规律N(θ)∝(θ-θc)α明显不同。另外,在N(θ)随θ增加的过程中,快速率生长量子点的高度分布没有经历量子点平均高度随沉积量θ逐渐增加的过程。这些实验观察说明,以原子在生长表面作扩散运动为基础的生长动力学理论至少是不全面的,不适用于解释InAs量子点的形成。这些观察和讨论说明,即使在1.0ML/s的快速率生长条件下,量子点密度也可以通过InAs沉积量有效地控制在1.0×108cm-2以下,实现低密度InAs量子点体系的制备。     

Si(111)衬底无微裂GaN的MOCVD生长

采用Al N插入层技术在Si(1 1 1 )衬底上实现无微裂Ga N MOCVD生长.通过对Ga N外延层的a,c轴晶格常数的测量,得到了Ga N所受张应力与Al N插入层厚度的变化关系.当Al N厚度在7～1 3nm范围内,Ga N所受张应力最小,甚至变为压应力.因此,Ga N微裂得以消除.同时研究了Al N插入层对Ga N晶体质量的影响,结果表明,许多性能相比于没有Al N插入层的Ga N样品有明显提高     

Study of threading dislocations in the plan-view sample of SiGe/Si(001) superlattices by transmission electron microscopy

Interfacial defects due to a mismatch of 1.378% between substrate and epilayer were examined in a Si_0.67Ge_0.33/Si(001) superlattice by transmission electron microscopy (TEM). Plan-view specimens from the superlattice were prepared to investigate the defects in the structure. It was observed that 60°C-type misfit dislocations associate with point contrast on and at their ends. This point contrast was found to represent threading dislocations by using tilt experiments in the microscope. Consequently, stereo electron microscopy was used to examine the threading dislocations. It was discovered that the threading dislocations are not on the {111} slip planes but can be almost parallel to the [001] zone axis.     

MOCVD生长AlGaN/GaN/Si(111)异质结材料

利用MOCVD在Si(111)衬底上生长了无裂纹的GaN外延薄膜和AlGaN/GaN异质结构。通过优化Si衬底的浸润处理时间、AlN层厚度等参数获得了无裂纹的GaN外延薄膜,研究了SiN缓冲层和插入层厚度对AlGaN/GaN异质结电学性质的影响,2DEG的迁移率和面密度分别达到1410cm2/V.s和1.16×1013cm-2。     

MOCVD Growth of Device—quality GaN on Sapphire

An AIN Layer grown by an ALE has been developed to improve the growth quality of GaN ON Al2O3 substrate by low-pressure metalorganic vapor phase epitaxy(LP-MOVPE).An ALE AIN layer grown on Al2O3 substrate has a high quality and the structure is similar to GaN, this AIN layer can release the stress between Al2O3 substrate and GaN epilayer.By using this method, the orientation of substrate is extended to GaN epilayer, and the column tilt and the twist are improved, so as to obtain the device-quality GaN.