表面处理对蓝宝石衬底的影响

蓝宝石衬底是目前最为普遍的一种衬底材料,是生长GaN、ZnO材料最常用的衬底.本文用光学显微镜、原子力显微镜(AFM)和高分辨X射线双晶洐射对蓝宝石衬底进行了分析测试,系统研究了经过机械抛光、化学机械抛光、化学腐蚀等表面处理对蓝宝石衬底表面性能的影响.结果表明经过化学机械抛光随后再经腐蚀后的蓝宝石衬底的表面性能最好.     

Si基外延GaN中缺陷的腐蚀研究

本文采用KOH:H2O=3:20～1:25(质量比)的KOH溶液,对Si基外延GaN进行湿法腐蚀.腐蚀后用扫描电子显微镜(SEM)观察,GaN面出现了六角腐蚀坑,它是外延层中的位错露头,密度约108/cm2.腐蚀坑的密度随腐蚀时间延长而增加,说明GaN外延生长过程中位错密度是逐渐降低的,部分位错因相互作用而终止于GaN体内.观察缺陷腐蚀形貌还发现,接近裂纹处腐蚀坑的密度要高于远离裂纹处腐蚀坑的密度,围绕裂纹有许多由裂纹引起的位错.腐蚀坑的密度可以很好地反映GaN晶体的质量.晶体质量较差的GaN片,腐蚀后其六角腐蚀坑的密度高.     

腐蚀法测量研磨蓝宝石亚表面损伤的实验研究

化学腐蚀法是一种简单有效的蓝宝石亚表面损伤深度检测方法.利用高温熔融KOH对蓝宝石工件的化学腐蚀作用,开展W40固结磨料研磨后蓝宝石工件的化学腐蚀实验,设计耐高温陶瓷夹具固定腐蚀液中工件位置,并用称重法测算腐蚀速率和腐蚀厚度,揭示亚表面损伤的形成机理.结果表明:采用陶瓷夹具固定工件可使腐蚀面积的均匀性大大提高,平均腐蚀速率提高9.21;左右.蓝宝石工件的腐蚀速率和腐蚀厚度逐渐减小,最后趋于稳定,其亚表面损伤深度约为8.41 μm.天平称重法可有效提高腐蚀速率和腐蚀厚度的测算精度,为蓝宝石亚表面损伤的有效测量提供帮助.     

成核层温度对非掺杂GaN外延薄膜结晶质量的影响

利用金属有机化学气相沉积系统(MOCVD),在蓝宝石的(0001)面采用不同的成核层生长温度,通过两步法获得不同质量的GaN外延薄膜.利用HALL测试仪,高分辨X射线衍射仪(HRXRD),原子力显微镜(AFM)和光致发光光谱仪(PL)对GaN薄膜的表面形貌,位错密度,光学性能等进行表征,研究不同的成核温度对GaN外延薄膜晶体质量的影响.结果表明,在成核层生长温度为650℃时,所得到的GaN外延薄膜表面粗糙度和位错密度均达到最低,并且同时具有最高的带边发光峰强度,最高的载流子迁移率以及最低的载流子浓度.过低或过高的成核温度都会导致GaN外延层的晶体质量和光电性能变差.     

TMIn流量对GaN基蓝光LED外延薄膜的影响

以蓝宝石(Al2O3)为衬底,采用有机金属化学气相沉积(MOCVD)技术生长InGaN/GaN多量子阱结构.本文通过调整外延生长过程中三甲基铟(TMIn)流量,研究了TMIn流量对InGaN/GaN多量子阱结构的合金组分、晶体质量和光学性质的影响.本文采用高分辨X射线衍射(HRXRD)、原子力显微镜(AFM)和光致发光(PL)测试表征其结构和光学性质.HRXRD测试结果表明,随TMIn流量增加,"0"级峰与GaN峰之间角偏离增大,更多的In并入薄膜中.HRXRD与AFM表征结果表明:增大TMIn流量会导致外延薄膜中的位错密度增大,V形坑数量增加,晶体质量严重恶化;PL测试结果表明,随着TMIn流量增加,发光强度逐渐降低,半高宽增大,这是由于晶体质量恶化所导致.因此严格控制铟源流量对于改善量子阱薄膜的晶体质量与光学性质有着至关重要的作用.     

MOCVD法在蓝宝石衬底上生长GaN薄膜的性能研究

本文采用MOCVD法分别在a面和c面蓝宝石衬底上生长出7层InGaN/GaN多量子阱结构的GaN薄膜,采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱仪、吸收光谱等手段对样品进行表征.分析表明:a面蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜(样品A)的FWHM为781.2 arcsec,c面蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜(样品B)的FWHM为979.2 arcsec.样品A和样品B中存在的压应力分别为0.8523 GPa和1.2714 GPa,薄膜的能带宽度(理论值为3.4 eV)分别为3.38 eV和3.37 eV.以上数据表明a面蓝宝石衬底上生长出来GaN薄膜的结晶质量较好,光学性能更优异.     

低温GaN插入层对AlGaN/GaN二维电子气特性的改善

利用低压MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长了AlGaN/GaN二维电子气(2DEG)材料,在GaN生长中插入一层低温GaN,并研究了低温GaN插入层对二维电子气输运特性的影响.使用原子力显微镜(AFM)和非接触霍尔测试仪测量了材料的表面形貌和电学特性,发现低温GaN插入层可以改善材料表面平整度并使AlGaN/GaN 2DEG的电子迁移率有明显提高,GaN插入层温度为860℃的样品在室温下2DEG的电子迁移率达到2110 cm2/V·s.     

低温GaN形核层的形核速率对GaN外延薄膜晶体质量的影响

采用金属有机化学气相沉积方法系统研究了在蓝宝石衬底上低温GaN形核层的形核速率对GaN外延薄膜晶体质量的影响机理.利用高分辨X射线衍射仪、原子力显微镜、光致发光光谱和Hall测试仪表征材料的位错密度、表面形貌以及光、电学性能.研究结果表明随着形核速率的增加,GaN形核层更倾向于三维生长模式;当形核速率达到1.92(A)/s时退火后生成尺寸为100 nm宽、32 nm高的均匀形核岛,随后生长的未掺杂GaN外延薄膜层的螺型和刃型位错密度以及黄带峰强度达到最小值,并且其具有最高的载流子迁移率和最低的载流子浓度.     

蓝宝石衬底材料的研究及应用进展

蓝宝石因为其生产技术成熟、稳定性好、性价比高而被广泛应用于光电领域,成为GaN基光电器件的主要衬底材料.传统的蓝宝石衬底生长GaN薄膜存在许多问题,如由晶格常数不同产生的晶格失配、热应力失配等,且GaN薄膜结晶质量较差、光线提取效率低.介绍了图形化蓝宝石衬底技术在制作GaN基LED器件中的应用,比较了几种图形化衬底对LED的发光性能的影响.在图形化蓝宝石衬底上采用PVD法生长AlN薄膜,可以降低GaN薄膜的螺旋位错和刃位错、提高MOCVD生长效率、显著提高设备利用率.另外,介绍了蓝宝石衬底在SOS领域的应用,列出了SOS工艺对蓝宝石衬底的具体要求.蓝宝石作为一种重要的衬底材料,未来的发展前景会更加广阔.     

c向提拉法生长的四英寸蓝宝石单晶缺陷研究

采用提拉法沿[0001]方向成功生长出了四英寸蓝宝石单晶。X射线摇摆曲线测试结果表明晶体具有较好的晶格完整性。采用化学腐蚀法并借助光学显微镜观察了(0001)面的位错及形貌。研究了腐蚀温度、腐蚀时间、机械抛光和化学抛光对位错密度及形貌的影响。计算得到平均位错密度为6190 cm-2,优于一般提拉法生长的蓝宝石单晶。