竖直式HVPE反应系统的理论模拟与GaN厚膜生长

根据流体动力学模型,研究了反应气体在反应室内的浓度分布,以及反应室的温场分布.NH3浓度在衬底附近分布均匀,而GaCl浓度在衬底中心区域较大,周边较小.实验结果表明,外延层在中心区生长速率为260μm/h,周边为140/μm/h.X射线摇摆曲线半高宽为141".O杂质的引入,使得样品具有较强的黄光发射.     

大尺寸HVPE反应室生长GaN的数值模拟

利用有限元法对单片6英寸(1英寸=2.54 cm)GaN衬底用氢化物气相外延(HVPE)生长系统的工艺参数进行了数值模拟和优化.通过建立反应室二维几何模型,依次改变HVPE系统中的GaCl,NH3和分隔气(N2)流速等主要参数进行数值模拟,研究分析了反应室内各反应物的浓度分布和衬底上GaN的生长速率变化,同时考虑了涡旋分布以及GaCl出口管壁上寄生沉积等对衬底上GaN生长的影响,并给出了HVPE系统高速率均匀生长GaN的优化参数.模拟分析还表明,适当降低HVPE反应室内的压强可以改善衬底上GaN生长的均匀性.     

射频溅射ZnO作缓冲层的HVPE法生长GaN厚膜

在低温HVPE-GaN/c-Al2O3模板上射频溅射ZnO作为缓冲层,采用氢化物气相外延(HVPE,hydridevapoarphaseepitaxy)法外延生长了高质量的GaN320μm厚膜。用高分辨率双晶X射线衍射仪(DCXRD)、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)分析了制备的GaN厚膜特性。结果表明,GaN(0002)面的X射线摇摆曲线衍射峰半高宽(FWHM)为336.15arcsec,穿透位错密度(TDD)为107cm-2,外延生长的GaN厚膜晶体质量较好,可以作为自支撑GaN衬底。     

HVPE生长GaN厚膜的结构和光学性能

采用自制的立式HVPE设备,在GaN/蓝宝石复合衬底上生长了GaN厚外延膜,利用AFM,SEM,XRD,RBS/Channeling,CL,PL以及XPS等技术分析了厚膜的结构和光学性能.结果表明,外延层表面具有台阶结构,接近以层流生长方式二维生长,一些六角形的坑出现在膜表面,坑区具有很强的发光.腐蚀试验显示EPD仅8×106 cm-2;XRD和RBS/channeling表明GaN膜具有较好的晶体质量;PL结果也证明外延层具有高的质量,出现了尖锐的带边峰,半高宽仅67meV,同时出现了黄带和红外带,这些带的出现可能是由本征缺陷和C,O等杂质引起的.     

HVPE生长GaN厚膜的结构和光学性能

采用自制的立式HVPE设备,在GaN/蓝宝石复合衬底上生长了GaN厚外延膜,利用AFM,SEM,XRD,RBS/Channeling,CL,PL以及XPS等技术分析了厚膜的结构和光学性能.结果表明,外延层表面具有台阶结构,接近以层流生长方式二维生长,一些六角形的坑出现在膜表面,坑区具有很强的发光.腐蚀试验显示EPD仅8×106 cm-2;XRD和RBS/channeling表明GaN膜具有较好的晶体质量;PL结果也证明外延层具有高的质量,出现了尖锐的带边峰,半高宽仅67meV,同时出现了黄带和红外带,这些带的出现可能是由本征缺陷和C,O等杂质引起的.     

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.     

蓝宝石衬底上HVPE-GaN厚膜生长

采用氢化物气相外延(HVPE)方法,以蓝宝石作衬底,分别在MOCVD-GaN模板和蓝宝石衬底上直接外延生长GaN.模板上的GaN生长表面平整、光亮,但开裂严重.其(0002)的双晶衍射半高宽最低为141″;蓝宝石衬底上直接生长GaN外延层质量较差,其双晶衍射半高宽为1688″,但不发生开裂.HCl的载气流量对预反应有很大的影响.应力产生于外延层和衬底之间的界面处,界面孔洞的存在可以释放应力,减少开裂.光致发光(PL)谱中氧杂质引起强黄光发射.     

HVPE生长GaN厚膜光致发光特性研究

利用吸收光谱和光致发光(PL)光谱研究了氢化物气相外延(HVPE)法生长的GaN厚膜材料发光特性。研究发现当激发脉冲光源的重复频率较低时,PL光谱中仅能观察到带边发光峰,当重复频率增加时,PL光谱中不仅出现带边发光峰,还可观察到蓝带发光峰和黄带发光峰;随着光源重复频率的增加,带边发光峰与黄带发光峰、蓝带发光峰的光强之比也随着增大。分析认为蓝带发光起源于材料中碳杂质缺陷而黄带发光可能与位错等结构缺陷有关。     

HVPE法生长AlN薄膜材料

利用自制立式HVPE设备,在蓝宝石衬底上进行了不同载气情况下AlN的生长试验,生长温度1 000℃。在采用H2作载气情况下,由于预反应严重,没能生长出AlN薄膜,只得到一些白色AlN粉末;而在分别采用Ar和N2作载气的情况下,则成功生长出AlN薄膜,但由于生长温度低,AlN生长均为岛状生长模式。在生长速率较快时,AlN薄膜是以〈0001〉AlN为主的AlN多晶;而在较低生长速率下,得到的AlN薄膜由为〈0001〉取向的AlN岛组成。试验还发现:用Ar作载气更有利于AlN晶核的横向生长,用N2作载气则有相对高得多的AlN成核密度。     

Growth Front Evolution of GaN Thin Films on Sapphire Substrate During HVPE

The growth front evolution of GaN thin films deposited on sapphire substrate by hydride vapor phase epitaxity has been studied with atomic force microscope. The evolution of the surface morphology presents four features of stage with the growth process. In initial growth stage, the surface is granular, and the typical grain diameter is about 250nm for t =0.1min. 3D growth plays a key role before the films come up to full coalescence, which causes a rough surface. After 0.1min the growth dimension decreases with the increase of lateral over growth, the surface roughness obviously decreases. From 0.4min to 3min, the growth front roughness increases gradually, and the evolution of the surface roughness exhibits the characteristics of self-affined fractal. Beyond 3min, the root-mean-square decreases gradually, which means the deposition behavior from hyper-2D growth gradually turns into layer growth mode with the increase of growth time.     

HVPE生长的高质量GaN纳米柱的光学性能

GaN纳米材料因具有优异的晶体质量和突出的光学性能及发射性能,日益受到关注.研究了一种利用氢化物气相外廷(HVPE)系统生长高质量的GaN纳米柱的方法.使用镍作为催化剂,在蓝宝石衬底上生长出了GaN纳米柱.在不同生长时间和不同HC1体积流量下制备了多组样品,使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)谱对样品进行了分析表征.测试结果表明,在较低的HC1体积流量下,生长2 min的样品具有较高的晶体质量和较好的光学性质.讨论了不同生长阶段的GaN纳米结构发光特性的变化规律,认为纳米结构所产生的表面态密度大小差异会造成带边峰位的红移和展宽.     

GaN薄膜生长实时监控系统的实现

分析了在ECR-MOCVD装置上外延生长GaN单晶薄膜的工艺过程特点和在此过程中影响GaN结晶质量的主要因素.在此基础上,设计了一套监控系统,用于GaN外延生长的工艺流程监控,并提出了一种合适的工艺流程监控策略.