ZnO/SiC/Si(111)异质外延

使用SiC作为过渡层,采用自行设计建造的连通式双反应室高温MOCVD系统很好地克服了ZnO和SiC生长时的交叉污染问题,在Si基片上外延出高质量的ZnO薄膜.测量了样品的XRD和摇摆曲线,以及室温下的PL谱.实验结果表明,SiC过渡层的引入大大提高了ZnO薄膜的质量和发光性能,并有望实现在Si上制备ZnO单晶薄膜.     

应力对ZnO/Si异质结构的光致发光的影响

研究了ZnO薄膜中应力对发光的影响.实验样品为ZnO体单晶、在Si基片上直接生长的ZnO薄膜以及通过SiC过渡层在Si基片上生长的ZnO薄膜.测量了这三种样品的X射线衍射图形、喇曼光谱和光致发光光谱.由X射线衍射图形可以看出,由于SiC过渡层缓解了ZnO与Si之间的晶格失配,使得通过SiC过渡层在Si上生长的ZnO薄膜的结晶质量好于直接在Si上生长的ZnO薄膜的质量.进一步通过喇曼谱测量发现,与ZnO体单晶相比,直接在Si上生长的ZnO薄膜的E2(high)峰红移1.9cm-1,根据喇曼谱峰位移与应力的关系可以推出薄膜中存在0.4GPa的张应力;而通过SiC过渡层在Si上生长的ZnO薄膜的E2(high)峰红移0.9cm-1,对应着0.2GPa的张应力.对照X射线衍射图形的结果可以看出,薄膜中张应力的大小与薄膜的结晶质量密切相关,表明张应力来源于外延层和基片间的晶格失配,晶格失配越大,外延层中产生的张应力越大.有无SiC过渡层的两种薄膜样品的PL光谱中都存在紫外和绿光两种谱带,随样品热处理时氧气分压增加,两种样品都出现绿光增强的相似的变化规律,但有SiC过渡层的样品的变化幅度较小.这一结果说明,绿色发光中心与薄膜的质量,也就是与薄膜中存在的张应力大小有关.在以往研究中得出的非故意掺杂ZnO薄膜的绿色发光中心来源于氧反位缺陷(Ozn),文中研究的结果正好可以解释氧反位缺陷形成的原因.由于薄膜中存在张应力,使得样品的能量升高,其结果必然会产生缺陷来释放张应力,以便降低系统能量.而氧离子半径大于锌离子半径,氧替位锌有利于释放张应力,也就是说,在存在张应力的情况下,Ozn的形成能降低.这一结果进一步证明Si上生长的ZnO薄膜中的绿色发光中心与氧反位缺陷有关.     

Si衬底上ZnO外延膜结构性质的比较

采用连通式双反应室高温MOCVD系统在Si衬底上外延ZnO薄膜,通过卢瑟福背散射/沟道(RBS/C)及高分辨X射线衍射(HR-XRD)技术对不同衬底条件的ZnO外延膜进行了组分及结构分析,结果表明在采用SiC缓冲层后,Si(111)衬底上ZnO(0002)面衍射峰半高宽明显减小,缺陷密度降低,单晶质量显著变好,c轴方向应变由0.49%变为-0.16%,即由拉应变变为压应变且应变值变小,说明SiC缓冲层可以有效地减小ZnO与Si衬底晶格失配带来的应变,改善外延膜质量,实现Si衬底上单晶ZnO的生长.     

MOCVD法异质外延GaP／Si薄膜的研究

微电子和光电子材料兼容的技术是未来功能器件中的一个重要方向,它可以将成熟的Si集成工艺和GaP优良的发光特性结合起来,完成新一代微型显示和集成光学元件。我们用MOCVD方法在Si衬底上异质外延GaP薄膜,通过X光双晶衍射和能谱分析,在国内用MOCVD方法首次获得了GaP/Si的单晶薄层,并研究了它们的结构特性。     

双异质外延SOI材料Si/γ-Al_2O_3/Si的外延生长

利用MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition)和APCVD(atmosphere chemical vapor deposition)硅外延技术在Si(10 0 )衬底上成功地制备了双异质Si/γ- Al2 O3/Si SOI材料.利用反射式高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)及俄歇能谱(AES)对材料进行了表征.测试结果表明,外延生长的γ- Al2 O3和Si薄膜都是单晶薄膜,其结晶取向为(10 0 )方向,外延层中Al与O化学配比为2∶3.同时,γ- Al2 O3外延层具有良好的绝缘性能,其介电常数为8.3,击穿场强为2 .5 MV/cm.AES的结果表明,Si/γ- Al2 O3/Si双异质外延SOI材料两个异质界面陡峭清晰.     

双异质外延SOI材料Si/γ-Al2O3/Si的外延生长

利用MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition)和APCVD(atmosphere chemical vapor deposition)硅外延技术在Si(100)衬底上成功地制备了双异质Si/γ-Al2O3/Si SOI材料.利用反射式高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)及俄歇能谱(AES)对材料进行了表征.测试结果表明,外延生长的γ-Al2O3和Si薄膜都是单晶薄膜,其结晶取向为(100)方向,外延层中Al与O化学配比为2:3.同时,γ-A12O3外延层具有良好的绝缘性能,其介电常数为8.3,击穿场强为2.5MV/cm.AES的结果表明,Si/γ-Al2O3/Si双异质外延SOI材料两个异质界面陡峭清晰.     

AIN/Si(111)复合衬底上4H-SiC薄膜的异质外延

利用化学气相淀积(CVD)的方法在AlN/Si(111)复合衬底上成功实现了4H-SiC薄膜的异质外延生长,用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、阴极荧光(CL)等方法对所得样品的结构特征、表面形貌和光学性质进行了表征测量.XRD测量结果显示得到的SiC薄膜的晶体取向单一;室温CL结果表明所得SiC薄膜为4H-SiC,且随着生长温度的升高,SiC薄膜的CL发光效率提高.生长温度、反应气源中C/si比等工艺参数对SiC薄膜的外延生长及其性质影响的研究表明在AIN/Si(111)复合衬底上外延4H-SiC的最佳衬底温度为1230～1270℃,比通常4H-SiC同质外延所需的温度低200～300℃;较为合适的C/Si比值为1.3.     

ZnO/SiC/Si异质结的光电转换特性

我们利用直流溅射制备了一系列的n-ZnO/n-SiC/p-Si和n-ZnO/p-Si异质结,通过研究他们的结构、I-V曲线、光生伏特效应和光响应谱。并且研究了他们的光电转换特性。发现n-ZnO/n-SiC/p-Si异质结的光电转换效率大约是n-ZnO/p-Si异质结的四倍。n-ZnO/n-SiC/p-Si异质结的光响应曲线也比n-ZnO/p-Si异质结强,表明n-ZnO/p-Si异质结加入3C-SiC中间层后光响应明显增强。在表面光电流谱中n-ZnO/n-SiC/p-Si异质结观察到两个拐点,而n-ZnO/p-Si异质结只观察到一个。通过以上研究可以看出3C-SiC在n-ZnO/n-SiC/p-Si异质结的光电转换中起了很大的作用.     

Si_(1-x)Ge_x/Si多层异质外延结构的研究

对制作的 Ｓｉ１－ｘＧｅｘ／Ｓｉ多层异质外延结构进行了研究。并对其做了反射高能电子衍射（ＲＨＥＥＤ）、Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）和扩展电阻（ＳＲ）等测量,给出了利用这种结构研制出的异质结双极晶体管（ＨＢＴ）的输出特性曲线。     

ZnO纳米棒与Si(111)和Si(100)衬底的外延关系(英文)

运用热蒸发技术在Si(111)和Si(100)基片上制备了ZnO纳米棒。SEM表征显示,ZnO纳米棒的直径约100nm,长度均匀,大约3μm;XRD表征发现ZnO纳米棒沿[0001]晶向择优生长。通过实验结果与理论分析得出:对于Si(111)基片上的样品,大部分ZnO纳米棒沿6个对称方向生长,而且与基片之间的夹角为54.7°,ZnO与Si(111)的外延关系为[0001]ZnO‖[114]Si,[0001]ZnO‖[4]Si,[0001]ZnO‖[141]Si,[0001]ZnO‖[4]Si,[0001]ZnO‖[411]Si,或[0001]ZnO‖[4]Si。对于Si(100)基片上的样品,大部分ZnO纳米棒沿4个对称方向生长,与基片之间的夹角为70.5°,其外延关系为[0001]ZnO‖[114]Si,[0001]ZnO‖[4]Si,[0001]ZnO‖[14]Si,或[0001]ZnO‖[14]Si。通过比较分析得出Si基片可以控制ZnO纳米棒的生长方向。     

Photoelectric conversion characteristics of ZnO/SiC/Si heterojunctions

A series ofn-ZnO/n-SiC/p-Si and n-ZnO/p-Si heterojunctions were prepared by DC sputtering. Their struc-tural properties, Ⅰ-Ⅴ curves, photovoltaic effects and photo-response spectra were studied. The photoelectric conver-sion characteristics of n-ZnO/n-SiC/p-Si and n-ZnO/p-Si heterojunctions were investigated. It is found that the pho-toelectric conversion efficiency of the n-ZnO/n-SiC/p-Si heterojunction is about four times higher than that of the n-ZnO/p-Si heterojunction. The photovoltaic response spectrum indicated that the photoresponse curve of n-ZnO/n-SiC/p-Si increased more strongly than that of n-ZnO/p-Si with the wavelength increasing. It shows that the photore-sponse ofn-ZnO/p-Si can be enhanced when inserting a 3C-SiC layer between ZnO and Si. There is one inflexion in the photocurrent response curve of the n-ZnO/p-Si heterojunction and two inflexions in that of the n-ZnO/n-SiC/p-Si het-erojunction. It is clear that the 3C-SiC plays an important role in the photoelectric conversion of the n-ZnO/n-SiC/p-Si heterojunction.     

Si衬底上ZnO外延膜结构性质的比较

采用连通式双反应室高温MOCVD系统在Si衬底上外延ZnO薄膜,通过卢瑟福背散射/沟道(RBS/C)及高分辨X射线衍射(HR-XRD)技术对不同衬底条件的ZnO外延膜进行了组分及结构分析,结果表明在采用SiC缓冲层后,Si(111)衬底上ZnO(0002)面衍射峰半高宽明显减小,缺陷密度降低,单晶质量显著变好,c轴方向应变由0.49%变为-0.16%,即由拉应变变为压应变且应变值变小,说明SiC缓冲层可以有效地减小ZnO与Si衬底晶格失配带来的应变,改善外延膜质量,实现Si衬底上单晶ZnO的生长.     

在ZnO/Si衬底上ZnCdSe/ZnSe多量子阱的生长与光学特性

在经NH3等离子体氮化的Si(100)衬底上。用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)的方法生长了ZnO缓冲层，经X射线衍射(XRD)测量，得到了单一取向的ZnO(0002)膜。在此ZnO缓冲层上利用低压金属有机化学气相淀积(LP-MOCVD)方法生长了较高质量的ZnCdSe／ZnSe量子阱。通过不同阱宽的ZnCdSe／ZnSe量子阱生长和测量，得到了多级共振拉曼峰。从发光谱中可见，在1520nm附近有很强的发光，而在未覆盖ZnO的Si衬底上直接生长的ZnCdSe／ZnSe量子阱结构，其光致发光(PL)谱未见发光。可见，在氮化的Si衬底上覆盖ZnO膜生长的ZnCdSe/ZnSe量子阱质量较好。是一种在Si衬底上生长Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料的有效方法。     

High quality AIN and GaN grown on compliant Si/SiC substrates by gas source molecular beam epitaxy

Epitaxial layers of AlN and GaN were grown by gas source molecular-beam epitaxy on a composite substrate consisting of a thin (250 nm) layer of silicon (111) bonded to a polycrystalline SiC substrate. Two dimensional growth modes of AlN and GaN were observed. We show that the plastic deformation of the thin Si layer results in initial relaxation of the AlN buffer layer and thus eliminates cracking of the epitaxial layer of GaN. Raman, x-ray diffraction, and cathodoluminescence measurements confirm the wurtzite structure of the GaN epilayer and the c-axis crystal growth orientation. The average stress in the GaN layer is estimated at 320 MPa. This is a factor of two less than the stress reported for HVPE growth on 6H-SiC (0001).     

ZnO/Si异质结中的晶界层行为研究

本文利用电容-电压,电流-电压和深能级瞬态谱研究了ZnO/Si异质结的晶界层行为和载流子的输运机制。当存在高密度界面态时,ZnO/Si异质结的载流子输运受到晶界层的控制。我们观察到了有趣的现象,不同测量温度下得到的ZnO/Si异质结正向lnI-V曲线发生交叉,另外得到ZnO/Si异质结的有效势垒高度随着测量温度的下降而下降,这与理想的异质结热发射模型是相矛盾的。本文的随后各节对上面提到的现象做出解释。     

Grain boundary layer behavior in ZnO/Si heterostructure

The grain boundary layer behavior in ZnO/Si heterostucture is investigated. The current-voltage (I-V) curves, deep level transient spectra (DLTS) and capacitance-voltage (C-V) curves are measured. The transport cur-rents of ZnO/Si heterojunction are dominated by grain boundary layer as high densities of interracial states existed. The interesting phenomenon that the crossing of In I-V curves of ZnO/Si heterojunction at various measurement temper-atures and the decrease of its effective barrier height with the decrement of temperature are in contradiction with the ideal heterojunction thermal emission model is observed. The details will be discussed in the following.     

Interface properties of ZnO nanotips grown on Si substrates

ZnO nanotips have been grown on Si (100) using metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD). The growth temperature is optimized for good crystallinity, morphology, and optical properties. ZnO nanotips exhibit a strong near band edge emission of ∼376 nm at room temperature with negligible green band emission. Pregrowth substrate treatment using diluted hydrofluoric acid (HF) and minimized oxygen exposure before the initial growth significantly reduces the interfacial SiO₂ thickness, while maintaining good morphology. An n-ZnO nanotips/p-Si diode is fabricated and its I–V characteristic is measured. The threshold voltage of the diode is found to be below 2.0 V with small reverse leakage current. The ZnO/p-Si diodes provide the possibility of integrating the ZnO nanotips with Si-based electronic devices.