使用TEGa和TMGa为镓源MOCVD生长GaN的研究

采用自行研制的立式MOCVD生长系统 ,以TMGa、TEGa为Ga源 ,在不同的生长条件下生长GaN单晶膜。然后对样品进行室温光致发光光谱测试、范德堡霍尔测量和X射线双晶衍射测试。实验结果表明 ,缓冲层的Ga源不同对GaN单晶膜质量影响很大 ;以TEGa为Ga源生长缓冲层及外延层 ,外延层不连续 ;以TMGa为缓冲层Ga源、TEGa为外延层Ga源 ,在此得到室温载流子浓度为 4 5× 1 0 17cm-3 ,迁移率为 1 98cm2 /V·s的电学性能较好的GaN单晶膜。研究结果表明 :使用TEGa为外延层Ga源生长GaN ,能有效地抑制不期望的蓝带的出现。     

磁控反应溅射AlN缓冲层对GaN基LED器件性能的影响

以直流磁控反应溅射法(RMS)在图形化蓝宝石衬底上制备的AlN薄膜作为缓冲层,采用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)外延生长了GaN基LED。与MOCVD生长的低温GaN缓冲层相比,RMS制备的AlN缓冲层具有表面更平整、颗粒更小的形核岛,有利于促进GaN外延的横向生长,减少了形核岛合并时的界面数量和高度差异,降低了缺陷和位错产生的几率。研究结果表明,溅射AlN缓冲层取代传统低温GaN缓冲层后,外延生长的GaN材料具有更高的晶体质量,LED器件在亮度、漏电和抗静电能力等光电特性上均有明显提升。     

Si基GaN外延层光致发光光谱与二次离子质谱的研究

报道了在Si基上用简便的真空反应法制备出GaN外延层．光致发光光谱测试结果表明不同的生长温度和退火工艺会对GaN外延层的发光特性产生影响,在1050℃下生长的GaN外延层的发光强度高于其他温度下生长的发光强度,退火可以使GaN外延层的发光强度增强．二次离子质谱(SIMS)测试结果表明外延层中Ga和N分布均匀,在表面处Ga发生了偏聚,同时外延层中还存在Si,O等杂质,这使得外延层中背景电子浓度高达1.7×10¹⁸/cm³. SIMS测试结果还表明,在外延生长前采用 关键词：     

高温预生长对图形化蓝宝石衬底GaN薄膜质量的提高

在图形化蓝宝石衬底生长低温缓冲层之前,通入少量三甲基镓（TMGa）和大量氨气进行短时间的高温预生长,通过改变TMGa流量制备了4个蓝光LED样品。MOCVD外延生长时使用激光干涉仪实时监测薄膜反射率,外延片使用高分辨率X射线衍射（002）面和（102）面摇摆曲线估算位错密度,并使用光致发光谱表征发光性能,制备成芯片后测试了正向电压和输出光功率。结果表明,高温预生长可促进薄膜的横向外延,使得三维岛状GaN晶粒在较小的薄膜厚度内实现岛间合并,有利于降低位错密度,提高外延薄膜质量,LED芯片的输出光功率的增强幅度达29.1%,而电学性能无恶化迹象;但高温预生长工艺中TMGa的流量应适当控制,过量的TMGa导致GaN晶粒过大,将延长岛间合并时间,降低晶体质量。     

AlN缓冲层对Si基GaN外延薄膜性质的影响

采用金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）方法制备了不同AlN缓冲层厚度的GaN样品,研究了AlN缓冲层厚度对GaN外延层的应力、表面形貌和晶体质量的影响。研究结果表明：厚度为15 nm的AlN缓冲层不仅可以有效抑制Si扩散,而且还给GaN外延层提供了一个较大的压应力,避免GaN薄膜出现裂纹。在该厚度AlN缓冲层上制备的GaN薄膜表面光亮、无裂纹,受到的张应力为0.3 GPa,（0002）和（1012）面的高分辨X射线衍射摇摆曲线峰值半高宽分别为536 arcsec和594 arcsec,原子力显微镜测试得到表面粗糙度为0.2 nm。     

金属有机化合物气相外延生长GaN薄膜的电子微结构研究

研究了金属有机化合物气相外延(MOVPE)方法在(0001)氧化铝基底上生长的GaN薄膜的微结构,目的在于解释GaN缓冲层在二步法生长过程中的作用及其对外延层晶体质量的影响.在缓冲层中观察到了高密度的结构缺陷,并发现了两种晶体结构(立方和六角)的GaN.进而对两种结构GaN的成因进行讨论,并对缓冲层和外延层中结构缺陷的关系进行了研究.     

国产SiC衬底上利用AIN缓冲层生长高质量GaN外延薄膜

采用高温AlN作为缓冲层在国产SiC衬底上利用金属有机物化学气相外延技术生长GaN外延薄膜.通过优化AlN缓冲层的生长参数得到了高质量的GaN外延薄膜,其对称(0002)面和非对称(1012)面X射线衍射摇摆曲线的半峰宽分别达到130 arcsec和252 arcsec,这是目前报道的在国产SiC衬底上生长GaN最好的...     

MOCVD生长Si衬底上HT-AlN缓冲层低生长压力对GaN薄膜的影响

采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术在Si（111）衬底上外延GaN薄膜,对高温AlN（HT-AlN）缓冲层在小范围内低生长压力（6.7~16.6 kPa）条件下对GaN薄膜特性的影响进行了研究。研究结果表明GaN外延层的表面形貌、结构和光学性质对HT-AlN缓冲层的生长压力有很强的的依赖关系。增加HT-AlN缓冲层的生长压力,GaN薄膜的光学和形貌特性均有明显改善,当HT-AlN缓冲层的生长压力为13.3 kPa时,得到无裂纹的GaN薄膜,其（002）和（102）面的X射线衍射峰值半高宽分别为735 arcsec和778 arcsec,由拉曼光谱计算得到的张应力为0.437 GPa,原子力显微镜（AFM）观测到表面粗糙度为1.57 nm。     

AlN插入层对硅衬底GaN薄膜生长的影响

利用金属有机化合物气相外延沉积技术在2inch(5.08cm)Si(111)图形衬底上生长了GaN外延薄膜,在Al组分渐变AlGaN缓冲层与GaN成核层之间引入了AlN插入层,研究了AlN插入层对GaN薄膜生长的影响。结果表明,随着AlN插入层厚度的增加,GaN外延膜(002)面与(102)面X射线衍射摇摆曲线半峰全宽明显变小,晶体质量变好,同时外延膜在放置过程中所产生的裂纹密度逐渐减小直至不产生裂纹。原因在于AlN插入层的厚度对GaN成核层的生长模式有明显影响,较厚的AlN插入层使GaN成核层倾向于岛状生长,造成后续生长的nGaN外延膜具有更多的侧向外延成分,从而降低了GaN外延膜中的位错密度,减少了GaN外延膜中的残余张应力。同时还提出了一种利用荧光显微镜观察黄带发光形貌来表征GaN成核层形貌和生长模式的新方法。     

梯度铝镓氮缓冲层对氮化镓外延层性质的影响

采用金属有机物化学气相沉积系统在硅面碳化硅衬底的(0001)面上生长氮化铝缓冲层,并通过改变3层梯度铝镓氮(Al_xGa_(1-x)N:x=0.8,0.5,0.2)缓冲层的生长温度和氨气流量,制备出了高质量的氮化镓外延层。分别采用X射线衍射、原子力显微镜、光致发光谱和拉曼光谱对氮化镓外延层进行表征。实验结果表明,随着氮化镓外延层中张应力的降低,样品的晶体质量、表面形貌和光学质量都有显著提高。在最优的梯度铝镓氮缓冲层的生长条件下,氮化镓外延层中的应力值最小,氮化镓(0002)和(1012)面的摇摆曲线半峰宽分别为191 arcsec和243 arcsec,薄膜螺位错密度和刃位错密度分别为7×10~7cm~(-2)和3.1×108cm~(-2),样品表面粗糙度为0.381 nm。这说明梯度铝镓氮缓冲层可以改变氮化镓外延层的应力状态,显著提高氮化镓外延层的晶体质量。     

高阻GaN的MOCVD外延生长

利用金属有机化合物气相沉积(MOCVD)在蓝宝石衬底上生长了高阻GaN薄膜。对GaN成核层生长的反应室压力、生长时间和载气类型对GaN缓冲层电学特性的影响进行了分析。实验结果表明,延长GaN成核层的生长时间,降低成核层生长时的反应室压力,载气由H₂换为N₂都会得到高阻的GaN缓冲层。样品的方块电阻R_s最高为2.49×10¹¹ Ω/□。以高阻GaN样品为衬底制备了AlGaN/AlN/GaN结构HEMT器件,迁移率最高达1 230 cm²/(V·s)。     

用MOVPE方法外延生长Si掺杂的立方相GaN

用MOVPE方法采取一种两步生长过程生长了未掺杂和Si掺杂的GaN.在生长了一个20nm厚的缓冲层后,外延生长了1μm厚的立方GaN外延层.利用二次离子质谱测定了掺杂的程度.并用X射线衍射和光致发光测量来表征了未掺杂和Si掺杂GaN的结构和光学质量.     

Influence of AlN Buffer Thickness on GaN Grown on Si(111) by Gas Source Molecular Beam Epitaxy with Ammonia

Hexagonal GaN is grown on a Si(111) substrate with AlN as a buffer layer by gas source molecular beam epitaxy (GSMBE) with ammonia. The thickness of AlN buffer is changed from 9 to 72nm. When the thickness of AlN buffer is 36nm, the surface morphology and crystal quality of GaN is optimal. The in-situ reflection high energy electron diffraction (RHEED) reveals that the transition to a two-dimensional growth mode of AlN is the key to the quality of GaN. However, the thickness of AlN buffer is not so critical to the residual in-plane tensile stress in GaN grown on Si(111) by GSMBE for AlN thickness between 9 to 72nm.     

GaN缓冲层对直流反应磁控溅射AlN薄膜的影响(英文)

通过直流磁控反应溅射制备了氮化铝(AlN)薄膜,研究了沉积条件与氮化镓(GaN)缓冲层对薄膜质量的影响。利用X-射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了AlN薄膜的晶体结构和表面形貌。XRD研究结果表明,低工作压强、短靶距和适当的氮气偏压有利于(002)择优取向的AlN薄膜沉积。随着沉积时间的增加,沉积在50 nm厚的GaN缓冲层上的AlN薄膜的(002)面的衍射峰的半高宽急剧减小,而沉积在1μm厚的GaN薄膜上的AlN薄膜的(002)面的衍射峰的半高宽几乎不变。SEM测试结果表明:在沉积的初期,沉积在1μm厚的GaN薄膜上的AlN薄膜的(002)面的晶粒大小分布比沉积在50 nm厚的GaN缓冲层上的AlN薄膜的均匀,而随着沉积时间的增加,它们的晶粒大小分布几乎趋向一致。     

GaP layers grown on GaN with and without buffer layers

The growth of GaP layer on GaN with and without buffer layers by metal-organic chemical vapour deposition (MOCVD) has been studied. Results indicate that the GaP low temperature buffer layer can provide a high density of nucleation sites for high temperature (HT) GaP growth. These sites can promote the two-dimensional (2D) growth of HT GaP and reduce the surface roughness. A GaP single crystal layer grown at 680°C is obtained using a 40-nm thick GaP buffer layer. The full-width at half-maximum (FWHM) of the (111) plane of GaP layer, measured by DCXRD, is 560 arcsec. The GaP layer grown on GaN without low temperature GaP buffer layer shows a rougher surface. However, the FWHM of the (111) plane is 408 arcsec, which is the indication of better crystal quality for the GaP layer grown on GaN without a low temperature buffer layer. Because it provides less nucleation sites grown at high growth temperature, the three-dimensional (3D) growth is prolonged. The crystalline quality of GaP is lightly improved when the surface of GaN substrate is pretreated by PH3 , while it turned to be polycrystalline when the substrate is pretreated by TEGa.     

Microstructural and compositional characteristics of GaN films grown on a ZnO-buffered Si (111) wafer

Polycrystalline GaN thin films have been deposited epitaxially on a ZnO-buffered (111)-oriented Si substrate by molecular beam epitaxy. The microstructural and compositional characteristics of the films were studied by analytical transmission electron microscopy (TEM). A SiO(2) amorphous layer about 3.5 nm in thickness between the Si/ZnO interface has been identified by means of spatially resolved electron energy loss spectroscopy. Cross-sectional and plan-view TEM investigations reveal (GaN/ZnO/SiO(2)/Si) layers exhibiting definite a crystallographic relationship: [111](Si)//[111](ZnO)//[0001](GaN) along the epitaxy direction. GaN films are polycrystalline with nanoscale grains ( approximately 100 nm in size) grown along [0001] direction with about 20 degrees between the (1l00) planes of adjacent grains. A three-dimensional growth mode for the buffer layer and the film is proposed to explain the formation of the as-grown polycrystalline GaN films and the functionality of the buffer layer.