立方相GaN的高温MOCVD生长

利用MOCVD技术在提高生长温度(900℃)下生长出了高质量的立方相GaN,生长速度提高到1.6μm/h.高温生长的GaN样品近带边峰室温光荧光半高宽为48meV,小于在830℃下生长的GaN样品.在ω扫描模式下,X射线衍射表明高温生长的GaN具有较小的(002)峰半高宽21′.可以看出,尽管立方GaN是亚稳态,高生长温度仍然有利于其晶体质量的提高.本文对GaN生长中生长温度和生长速度之间的关系作了讨论.     

用侧向外延生长法降低立方相GaN中的层错密度

尝试用侧向外延(ELOG)方法来降低立方相GaN中的层错密度.侧向外延是在SiO2/GaN/GaAs图形衬底上进行的,对生长所得的立方相GaN外延层用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)进行了观察和分析,TEM的平面像表明经过ELOG方法生长后,立方相GaN外延层中的层错密度由侧向外延生长前的5×109cm-2降低至生长后的6×108cm-2.双晶X射线衍射(DCXRD)测量给出侧向外延前后外延层ω扫描(002)衍射摇摆曲线的半高宽(FWHM)分别为33′和17.8′,表明晶体质量有了较大改善.对立方相GaN侧向外延过程中层错减少的机制进行了讨论.     

8英寸Si衬底上高质量AlGaN/GaN HEMT结构的生长

在8英寸(1英寸=2.54 cm)的Si衬底上采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长了高质量、无龟裂的GaN薄膜和AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)结构.通过调节应力调控层的结构,厚度为5 μm的GaN膜层翘曲度低于50 μm.采用X射线衍射(XRD)对GaN薄膜的(002)和(102)衍射峰进行扫描,其半峰全宽(FWHM)分别为182和291 arcsec.透射电子显微镜(TEM)截面图显示GaN外延层的位错密度达到了3.5×107/cm2,证实了在大尺寸Si衬底上可以制作高质量的GaN薄膜.AlGaN/GaN HEMT结构的二维电子气浓度和载流子迁移率分别为9.29×1012/cm2和2 230 cm2/(V·s).基于这些半绝缘AlGaN/GaNHEMT结构所制作的功率电子器件的输出电流可达20 A,横向击穿电压可达1 200 V.     

GaN/GaAs(001)外延薄膜的湿法腐蚀特性

对在GaAs (001) 衬底上用金属有机物气相外延(MOVPE)方法生长的GaN薄膜的湿法腐蚀特性进行了研究.所用腐蚀液包括HCl、H3PO4、KOH水溶液以及熔融KOH,腐蚀温度为90～300℃.实验发现不同的腐蚀液在样品表面腐蚀出不同形状的腐蚀坑.KOH溶液腐蚀出长方形的坑,长边平行于(111)A面,表明沿相互垂直的〈110〉晶向的腐蚀特性不同.用不同晶面相对反应性的差别定性解释了腐蚀的这种非对称性.此外,还发现KOH水溶液更有可能用于显示立方相GaN外延层中的层错.     

GaAs吸收衬底生长的立方相GaN发光二极管的工艺设计与实现

利用光学薄膜原理,计算了采用晶片键合技术来提高以GaAs为衬底的立方相GaN的出光效率的理论可行性.以Ni为粘附层,Ag为反射层的Ni/Ag/Au薄膜体系可以使立方GaN的出光效率从理论上提高2.65倍左右.实验结果证实,利用键合方法实现的以Ni/Ag/Au作为反射膜的样品的光反射率比未做键合的GaN/GaAs样品的光反射率在理论计算的459.2nm处提高了2.4倍.     

立方相GaN的高温MOCVD生长

利用MOCVD技术在提高生长温度(900℃)下生长出了高质量的立方相GaN,生长速度提高到1.6μm/h.高温生长的GaN样品近带边峰室温光荧光半高宽为48meV,小于在830℃下生长的GaN样品.在ω扫描模式下,X射线衍射表明高温生长的GaN具有较小的(002)峰半高宽21′.可以看出,尽管立方GaN是亚稳态,高生长温度仍然有利于其晶体质量的提高.本文对GaN生长中生长温度和生长速度之间的关系作了讨论.     

GaAs吸收衬底生长的立方相GaN发光二极管的工艺设计与实现

利用光学薄膜原理,计算了采用晶片键合技术来提高以GaAs为衬底的立方相GaN的出光效率的理论可行性.以Ni为粘附层,Ag为反射层的Ni/Ag/Au薄膜体系可以使立方GaN的出光效率从理论上提高2.65倍左右.实验结果证实,利用键合方法实现的以Ni/Ag/Au作为反射膜的样品的光反射率比未做键合的GaN/GaAs样品的光反射率在理论计算的459.2nm处提高了2.4倍.     

用侧向外延生长法降低立方相GaN中的层错密度

尝试用侧向外延(ELOG)方法来降低立方相GaN中的层错密度.侧向外延是在SiO2/GaN/GaAs图形衬底上进行的,对生长所得的立方相GaN外延层用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)进行了观察和分析,TEM的平面像表明经过ELOG方法生长后,立方相GaN外延层中的层错密度由侧向外延生长前的5×109cm-2降低至生长后的6×108cm-2.双晶X射线衍射(DCXRD)测量给出侧向外延前后外延层ω扫描(002)衍射摇摆曲线的半高宽(FWHM)分别为33′和17.8′,表明晶体质量有了较大改善.对立方相GaN侧向外延过程中层错减少的机制进行了讨论.     

Wafer bonding technique used for the integration of cubic GaN/GaAs (001) with Si substrate

We successfully used the metal mediated-wafer bonding technique in transferring the as-grown cubic GaN LED structure of Si substrate. The absorbing GaAs substrate was removed by using the chemical solutions of NH4OH : H2O2=1 : 10. SEM and PL resuls show that wafer bonding technique could transfer the cubic GaN epilayers uniformly to Si without affecting the physical and optical properties of epilayers. XRD result shows that there appeared new peaks related to AgGa2 and Ni4N diffraction, indicating that the metals used as adhesive and protective layers interacted with the p-GaN layer during the long annealing process. It is just the reaction that ensures the reliability of the integration of GaN with metal and minor contact resistance on the interface.     

GaN/GaAs(001)外延薄膜的湿法腐蚀特性

对在GaAs (001) 衬底上用金属有机物气相外延(MOVPE)方法生长的GaN薄膜的湿法腐蚀特性进行了研究.所用腐蚀液包括HCl、H3PO4、KOH水溶液以及熔融KOH,腐蚀温度为90～300℃.实验发现不同的腐蚀液在样品表面腐蚀出不同形状的腐蚀坑.KOH溶液腐蚀出长方形的坑,长边平行于(111)A面,表明沿相互垂直的〈110〉晶向的腐蚀特性不同.用不同晶面相对反应性的差别定性解释了腐蚀的这种非对称性.此外,还发现KOH水溶液更有可能用于显示立方相GaN外延层中的层错.