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.     

前处理蓝宝石衬底上生长高质量GaN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)、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,GaN薄膜透射谱反映出的GaN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208.80"及320.76"     

前处理蓝宝石衬底上生长高质量GaN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)、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,GaN薄膜透射谱反映出的GaN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208.80"及320.76"     

蓝宝石上横向外延GaN薄膜

在蓝宝石衬底上利用金属有机物气相外延(MOCVD)方法对横向外延(ELO)GaN薄膜的生长条件进行了研究.在蓝宝石衬底上利用化学腐蚀的方法刻饰出图案,再沉积低温GaN缓冲层作为外延层的子晶层,以降低外延层与衬底的晶格失配与热失配,制备出低位错密度的GaN外延层.分别利用X射线衍射、原子力显微镜及湿法腐蚀对外延层进行检测.     

蓝宝石上横向外延GaN薄膜

在蓝宝石衬底上利用金属有机物气相外延(MOCVD)方法对横向外延(ELO)GaN薄膜的生长条件进行了研究.在蓝宝石衬底上利用化学腐蚀的方法刻饰出图案,再沉积低温GaN缓冲层作为外延层的子晶层,以降低外延层与衬底的晶格失配与热失配,制备出低位错密度的GaN外延层.分别利用X射线衍射、原子力显微镜及湿法腐蚀对外延层进行检测.     

SiNx插入层对Si衬底上生长GaN薄膜晶体质量和表面形貌的影响

在Si(111)衬底上采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)技术外延生长GaN薄膜,对外延生长所得GaN薄膜的晶体结构和表面形貌进行表征,并研究SiNx插入层对GaN薄膜的晶体质量和表面形貌的影响.结果表明,在Si衬底上生长GaN薄膜过程中引入SiNx插入层可使GaN薄膜的(10-12)面的X-射线回摆曲线的半峰宽(FWHM)值从974.01减小到602.01arcsec;表面凹坑等缺陷减少、表面平整度提高.可见,SiNx插入层对在Si衬底上外延生长GaN薄膜的晶体质量和表面形貌有着重要的影响.     

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.     

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.     

LED用图形化蓝宝石衬底的干法刻蚀工艺

近年来,图形化蓝宝石衬底(PSS)作为GaN基LED外延衬底材料被广泛应用。采用感应耦合等离子体(ICP)技术对涂覆有光刻胶阵列图案的蓝宝石衬底进行刻蚀。通过研究及优化不同ICP刻蚀工艺参数对刻蚀速率和选择比的影响,分别成功制备出蒙古包形和圆锥形图形化蓝宝石衬底片,并在其表面完成InGaN/GaN多量子阱外延及芯片工艺。借助光致发光和电致发光等手段测试其LED器件的光电学性能。实验结果发现圆锥形的图形化蓝宝石衬底拥有更强的光功率和更窄的半峰宽,说明这种形貌的衬底在GaN外延时有效减少了晶格失配造成的缺陷,提高了晶体质量,从而更有效地增加LED出光效率。     

HVPE气相外延法在c面蓝宝石上选区外延生长GaN及其表征

使用气相沉积SiO2和普通光刻以及湿法腐蚀方法,在C面蓝宝石上开出不同尺寸的正方形窗口,在窗口区域中露出衬底,然后使用氢化物气相外延(HVPE)方法选区外延GaN薄膜.采用光学显微镜、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨率双晶X射线衍射(DCXRD)和喇曼谱测试(Raman shift)对薄膜进行分析.结果表明,在C面蓝宝石衬底上独立的正方形窗口区域中外延生长的,厚度约20μm的GaN薄膜,当窗口面积为100μm×100μm时,GaN表面无裂纹;而当窗口面积为300μm×300μm和500μm×500μm时,GaN表面有裂纹.随着窗口面积的减小,GaN双晶衍射摇摆曲线的(0002)峰的半高宽(FWHM)减小,表明晶体的质量更好,最小的半高宽为530".从正方形窗口区的角上到边缘再到中心,GaN的面内压应力逐渐减小,分析认为这与OaN横向外延区(ELO区)与SiO2掩膜之间的相互作用,以及窗口区到ELO区的线位错的90"扭转有关.     

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.     

AlGaN/GaN HEMT材料外延技术研究

采用低压MOCVD技术在蓝宝石和SiC衬底上生长了本征GaN和AlGaN/GaN HEMT结构材料。生长过程中采用了EpiTUNEⅡ在位监测技术,对材料生长工艺进行了模型分析以及优化控制。在获得具有良好表面形貌、晶体质量以及光荧光谱的GaN本征材料基础上,生长了AlGaN/GaN HEMT结构材料,获得了良好的2DEG性能。     

基于宽禁带氮化物的微腔光频梳进展（特邀）

微腔光频梳在光谱测量、微波光子学、光学原子钟和相干光通信等领域具有重要的应用。宽禁带氮化物半导体材料,如氮化铝（AlN）和氮化镓（GaN）等属于非中心对称晶体,具有二阶和三阶光学非线性系数,宽带的透明窗口以及与蓝宝石衬底较高的折射率差,使其成为研究非线性光子器件的理想平台。文中介绍了氮化物微腔的特性,同时对基于氮化物微腔光梳的相关研究进展,包括AlN微腔中的宽谱光频梳产生和光学参量振荡、GaN微腔中的孤子光频梳产生等进行了介绍和展望。     

Scanning electron microscopy and cathodoluminescence study of the epitaxial lateral overgrowth (ELO) process for gallium nitride

Traditional epitaxial growth of GaN by metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) on mismatched substrates such as sapphire or SiC produces a columnar material consisting of many hexagonal grains ∼0.2–1.0 μm in diameter. The epitaxial-lateral-overgrowth (ELO) process for GaN creates a new material: single-crystal GaN. We have studied the ELO process for GaN grown by MOVPE in a vertical flow rotating substrate reactor. Characterization consisted of plan-view SEM and vertical-cross-section TEM studies, which revealed a large reduction in dislocation density in the overgrown regions of the GaN. Panchromatic and monochromatic cathodoluminescence images and spectra were used to study the spatial variation of the optical properties within the GaN ELO samples. The effects of growth temperature and stripe material on the overgrown layers were examined. Through the use of a higher substrate temperature during growth and the use of a SiN_x stripe material, the overgrown crystal shape has a smooth 2D top surface with vertical sidewalls. Applying a second ELO step, rotated by 60°, over a fully coalesced ELO layer yields a further reduction of defects in GaN overgrown surfaces.     

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.     

利用高频Plasma CVD在蓝宝石衬底上生长 立方GaN缓冲层及其光学性质

研究了采用高频PlasmaCVD技术在较低温度下(300—400℃)生长以GaN为基的Ⅲ-Ⅴ族氮化物的可行性,在蓝宝石衬底上生长了GaN缓冲层.热处理后的光致发光谱和X光衍射表明,生长的GaN缓冲层为立方相,带边峰位于3.15eV.在作者实验的范围内,最优化的TMGa流量为0.08sccm(TMAm=10sccm时),XPS分析结果表明此时的Ga/N比为1.03.这是第一次在高Ⅴ/Ⅲ比下得到立方GaN.相同条件下石英玻璃衬底上得到的立方GaN薄膜,黄光峰很弱,晶体质量较好.     

LED蓝宝石图形化衬底的研究进展及发展趋势

图形化蓝宝石衬底作为GaN基LED照明外延衬底材料,由于其能降低GaN外延薄膜的线位错密度和提高LED的光萃取效率的显著性能在近几年来引起国内外许多科研机构和厂商的广泛兴趣。从衬底的制备工艺、图形尺寸角度出发,综述了图形化蓝宝石衬底GaN基LED的研究进展,并对其未来在大功率照明市场的应用进行了展望。     

MOCVD生长GaN膜的光调制反射谱研究

采用光调制反射光谱（PR）研究了（0001）晶向蓝宝石村底上MOCVD方法生长的单晶六角GaN薄膜的室温光学性质。测得六角GaN薄膜的禁带宽度为3．400eV，对PR谱的调制机理进行了分析，发现信号来自缺陷作用下的表面电场调制。光吸收增和光反射谱的测量，得到3．39eV的光学吸收边和3．3eV的反射峰，证实了光调制反射光谱的结果。     

Effect of nucleation layer morphology on crystal quality, surface morphology and electrical properties of AlGaN/GaN heterostructures

Nucleation layer formation is a key factor for high quality gallium nitride (GaN) growth on a sapphire substrate. We found that the growth rate substantially affected the nucleation layer morphology, thereby having a great impact on the crystal quality, surface morphology and electrical properties of AIGaN/GaN heterostructures on sapphire substrates. A nucleation layer with a low growth rate of 2.5 nm/min is larger and has better coalescence than one grown at a high growth rate of 5 nm/min. AIGaN/GaN heterostructures on a nucleation layer with low growth rate have better crystal quality, surface morphology and electrical properties.