侧向外延生长六方相GaN中堆垛层错的同步辐射表征

本文采用低温光致发光谱研究了蓝宝石(0001)衬底上MOCVD侧向外延生长的六方相GaN中的堆垛层错, 并使用同步辐射XRD方法研究了该堆垛层错以及立方相和六方相GaN的相对取向.     

蓝宝石衬底上异质外延生长碳化硅薄膜的研究

报道了在蓝宝石(αAl2O3)衬底上采用atmosphericpressurechemicalvapor(APCVD)技术异质外延碳化硅薄膜材料的研究.通过引入ⅢⅤ族氮化物为中间的缓冲层,在C(0001)蓝宝石上成功地生长出SiC薄膜,经过四晶衍射分析,分别在3549°和7502°发现了6HSiC(0006)面和(00012)晶面族的对称衍射峰,显示SiC薄膜的晶体取向与(0001)面的衬底是相同的.扫描电子显微镜(SEM)的观察显示薄膜表面连续、光滑,不要利用二次离子质谱仪(SIMS)方法对生长膜层在纵 关键词： 碳化硅 外延生长 化学汽相淀积     

氮化铝单晶薄膜的ECR PEMOCVD低温生长研究

采用电子回旋共振等离子体增强金属有机物化学气相沉积（ECR－PEMOCVD）技术，在c轴取向的蓝宝石即α Al2O3（0001）衬底上，以氮化镓（GaN）缓冲层和外延层作为初始层，分别以高纯氮气（N2）和三甲基铝(TMAl)为氮源和铝源低温生长氮化铝（AlN）薄膜.并利用反射高能电子衍射（RHEED）、原子力显微镜（AFM）和x射线衍射（XRD）等测量结果，研究了氢等离子体清洗、氮化和GaN初始层对六方AlN外延层质量的影响，从而获得解理性与α Al2O3衬底一致的六方相AlN单晶薄膜，其XRD半高宽为1 关键词： AlN 氢等离子体清洗 氮化 GaN     

CVD法制备ZnO薄膜生长取向和表面形貌

利用具有特定温度梯度的CVD设备,以锌粉和氧气为原料,在Si(100)衬底上制备了ZnO薄膜。研究发现,锌粉中加入某些氯化物后可以改变ZnO薄膜的生长取向。用FESEM观察ZnO薄膜的表面形貌,发现Zn和氯化物的量比为1∶1时,生长的ZnO薄膜表面晶粒呈菱形或三角形({101}面),当二者的量比为10∶1时薄膜表面晶粒呈六棱台形({001}面)。XRD分析结果证实,前者只观察到(101)和(202)衍射峰,而后者出现(002)衍射峰且其强度大于(101)衍射峰。改变衬底或温度后得到的结果相同。因此,作者认为氯化物改变薄膜生长取向的现象与衬底和生长温度无关,添加的氯化物起到降低ZnO{101}面表面能的作用,随着氯化物浓度的增加,薄膜从沿[001]方向生长逐渐转向沿[101]方向生长。     

酞菁铜与MoS_2(0001)范德瓦耳斯异质结研究

利用光电子能谱、原子力显微镜以及低能电子衍射等表面研究手段系统研究了真空沉积生长的酞菁铜薄膜与衬底MoS2(0001)之间的范德瓦耳斯异质结界面电子结构和几何结构.角分辨光电子能谱清楚地再现了MoS2(0001)衬底在Γ点附近的能带结构.低能电子衍射结果表明,CuPc薄膜在MoS2(0001)表面沿着衬底表面[11ˉ20],[1ˉ210]和[ˉ2110]三个晶向有序生长,反映了衬底对CuPc的影响.原子力显微镜结果表明,CuPc在MoS2衬底上遵循层状-岛状生长模式:在低生长厚度下(单层薄膜厚度约为0.3 nm),CuPc分子平面平行于MoS2表面上形成均匀连续的薄膜;在较高的沉积厚度下,CuPc沿衬底晶向形成棒状晶粒,表现出明显的各向异性.光电子能谱显示界面偶极层为0.07 eV,而且能谱在膜厚1.2 nm饱和,揭示了酞菁铜与MoS2(0001)范德瓦耳斯异质结的能级结构.     

CVD法制备硅基氮化镓薄膜

利用化学气相沉积法(CVD),分别以三氧化二镓(Ga₂O₃)和氨气(NH₃)为镓源和氮源在硅衬底合成了一种由片状微晶构成的氮化镓(GaN)薄膜,实验中没有使用缓冲层。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、电子能量散射谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、高分辨电镜(HRTEM)和光致发光谱(PL)对样品进行分析,生成物为质量较好的富镓的纯氮化镓薄膜。片状氮化镓微晶表面大小约数百纳米,厚度数十纳米,薄膜表面平整、致密,没有裂纹或龟裂现象,与Si衬底结合紧密。氮化镓薄膜的带边峰位于367nm处,同时出现了黄光发射峰。并对此种氮化镓薄膜的生长机理进行了探讨。     

籽晶层对喷雾热分解法生长ZnO薄膜结晶质量和光电性能的影响

通过脉冲激光沉积(PLD)方法在Si(100)衬底上沉积一层高质量的ZnO籽晶层,在籽晶层上进一步采用超声喷雾热分解(USP)法生长ZnO薄膜,研究了籽晶层对ZnO薄膜结晶质量和ZnO/Si异质结光电特性的影响。研究结果表明,在籽晶层的诱导作用下,USP法生长ZnO薄膜由多取向结构变为(002)单一取向,结晶性能得到了显著改善;籽晶层上生长的薄膜呈现出垂直于衬底生长的柱状晶结构,微观结构更加致密。通过研究紫外光照前后ZnO/Si异质结的整流特性,发现引入籽晶层后,反向偏压下异质结的光电响应显著增加,并且在开路状态下出现明显的光伏效应。     

一种外延生长高质量GaN薄膜的新方法

采用化学方法腐蚀c-面蓝宝石衬底，以形成一定的图案；利用LP-MOCVD在经过表面处理的蓝宝石衬底上以及常规c-面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)、三维视频光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)进行分析，结果表明，在经过表面处理形成一定图案的蓝宝石衬底上外延生长的GaN薄膜明显优于在常规蓝宝石衬底上外延生长的GaN薄膜，其(0002)面上的XRD FWHM为208.80弧秒，(1012)面上的为320.76弧秒.同时，此方法也克服了传统 关键词： 表面处理 MOCVD 横向外延生长 GaN薄膜     

沉积温度对YBCO薄膜取向的影响

采用脉冲激光沉积技术(PLD)在SrTiO3(100)单晶衬底上制备YBCO薄膜,用X射线对薄膜的取向和织构进行表征,用扫描电子显微镜(SEM)对薄膜的表面形貌进行观察.实验主要研究了衬底温度对薄膜外延取向的影响,结果表明在770℃温度下制备的YBCO有较多的a轴晶粒生成,在800℃温度下制备的YBCO是纯的c轴取向,且平均面内φ扫描半高宽(FWHM)为1.2°,超导转变宽度(△Tc)为0.9K.     

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。     

Synthesis of ZnAl2O4/α-Al2O3 complex substrates and growth of GaN films

With the solid phase reaction between pulsed-laser-deposited (PLD) ZnOfilm and α-Al2O3 substrate, ZnAl2O4/α-Al2O3 complex substrates were synthesized. X-ray diffraction (XRD) spectra show that as the reaction proceeds, ZnAl2O4 changes from the initial (111)-oriented single crystal to poly-crystal, and then to inadequate (111) orientation. Corresponding scanning electron microscope (SEM)images indicate that the surface morphology of ZnAl2O4 transforms from uniform islands to stick structures, and then to bulgy-line structures. In addition, XRDspectra present that ZnAl2O4 prepared at low temperature is unstable at the environment of higher temperature. On the as-obtained ZnAl2O4/α-Al2O3 substrates, GaN films were grown without any nitride buffer using light-radiation heating low-pressure MOCVD (LRH-LP-MOCVD). XRD spectra indicate that GaN film on this kind of complex substrate changes from c-axis single crystal to poly-crystal as ZnAl2O4 layer is thickened. For the single crystal GaN, its full width at half maximum (FWHM) of X-ray rocking curve is 0.4°. Results indicate that islands on thin ZnAl2O4 layer can promote nucleation at initial stage of GaN growth, which leadsto the (0001)-oriented GaN film.     

Ga2O3/GaN/蓝宝石模板上β-Ga2O3薄膜的生长

为获得高质量的β-Ga2O3薄膜,将c面蓝宝石上生长的GaN薄膜进行高温氧化制成了Ga2O3/GaN/蓝宝石模板,进而在模板上利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺进行了β-Ga2O3薄膜的同质外延。通过X射线衍射仪、原子力显微镜、场发射扫描电子显微镜等方法对样品的晶体结构、表面形貌等性质进行测试与分析。结果表明,该方法获得的β-Ga2O3薄膜晶体质量受GaN薄膜氧化效果与MOCVD工艺条件等因素影响较大。通过优化实验条件,得到了质量较高的β-Ga2O3薄膜。与蓝宝石上或GaN薄膜上异质外延得到的β-Ga2O3薄膜相比,薄膜的晶体质量明显提高。通过对比不同样品的晶体质量、表面形貌和制备过程,发现该方法成功地将β-Ga2O3薄膜在蓝宝石衬底或GaN/蓝宝石模板上异质外延转化为了Ga2O3/GaN/蓝宝石模板上的同质外延,有效地减小了β-Ga2O3薄膜和蓝宝石、GaN之间较大的晶格失配和热失配,有利于提高β-Ga2O3薄膜的晶体质量。     

Microstructural study of MBE-grown ZnO film on GaN/sapphire (0001) substrate

Single crystalline ZnO film is grown on GaN/sapphire (0001) substrate by molecular beam epitaxy. Ga₂O₃ is introduced into the ZnO/GaN heterostructure intentionally by oxygen-plasma pre-exposure on the GaN surface prior to ZnO growth. The crystalline orientation and interfacial microstructure are characterized by X-ray diffraction and transmission electron microscopy. X-ray diffraction analysis shows strong c-axis preferred orientation of the ZnO film. Cross-sectional transmission electron microscope images reveal that an additional phase is formed at the interface of ZnO/GaN. Through a comparison of diffraction patterns, we confirm that the interface layer is monoclinic Ga₂O₃ and the main epitaxial relationship should be and .      

GROWTH MODE AND SURFACE RECONSTRUCTION OF GaN(0001) THIN FILMS ON 6H-SiC(0001)

Two-dimensional growth of GaN thin films on an atomically flat C-face 6H-SiC(0001) surface prepared by ultra-high vacuum Si-etching is observed when using an AlN buffer layer in N plasma-assisted molecular beam epitaxy. Scanning tunneling microscopy and reflection high energy electron diffraction observations reveal a series of Ga-stabilized reconstructions which are consistent with those reported for an N-polar GaN(0001) film. The result, including the effect observed previously for GaN thin film on Si-terminated 6H-SiC(0001), agrees with the polarity assignment of heteroepitaxial wurtzite GaN films on polar 6H-SiC substrates, i.e., GaN film grown on SiC(0001) is <0001> oriented (N-face) while that on SiC(0001) is <0001> oriented (Ga-face).     

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.     

在Al2O3衬底上GaN的APMOCVD生长

含氮Ⅱ一Ⅴ族化合物(包括GaN、AIN、InN和GaAIN)是直接带隙半导体材料,它们的禁带宽度可以从1.9eV到6.2eV,是目前最重要的蓝光半导体材料,不仅适合制作从可见光到紫外波段的光电器件,例如蓝光发光二极管、激光器和光电探侧器,而且可用于制作耐高温、大功率的电子器件.特别是利用APMOCVD技术在蓝宝石衬底上制备GaIV单晶膜取得突破性进展,并且制作了高亮度发光二极管后[1],Ⅱ-Ⅴ族含氮化合物半导体材料受到广泛重视.     

GaN表面极性的光电子衍射研究

利用x射线光电子衍射的极角扫描模式,采集了GaN（0001）表面由(1010)和(1120)晶面产生的光电子衍射实验曲线,并运用光电子衍射的前向聚焦效应确定了GaN(0001)表面是Ga在最外层的极性面.利用与能量有关的光电子衍射即角分辨光电发射精细结构谱技术并结合多重散射团簇模型计算对GaN(0001)表面的极化性质进行了研究,进一步证实了GaN表面是Ga在最外层的极性面. 关键词： GaN 表面极性 光电子衍射     

Al2O3衬底无催化剂生长GaN纳米线及其光学性能

采用一种绿色的等离子增强化学气相沉积法,以Al2O3为衬底, Ga金属为镓源, N2为氮源,在不采用催化剂的情况下,成功制备获得了结晶质量良好的GaN纳米线.研究表明,生长温度可显著调控GaN纳米线的形貌,当反应温度为950℃时,生长出的GaN微米片为六边形;当反应温度为1000℃时,生长出了长度为10-20μm的超长GaN纳米线.随着反应时间增加, GaN纳米线的长度增加. GaN纳米线内部存在着压应力,应力大小为0.84 GPa.同时,也进一步讨论了GaN纳米线无催化剂生长机制. GaN纳米线光致发光结果显示, GaN纳米线缺陷较少,结晶质量良好,在360 nm处有一个较为尖锐的本征发光峰,可应用于紫外激光器等光电子器件.本研究结果将为新型光电器件低成本绿色制备提供一个可行的技术方案.     

TiO2分子在GaN(0001)表面吸附的理论研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法,计算了TiO₂分子在GaN(0001)表面的吸附成键过程、吸附能量和吸附位置. 计算结果表明不同初始位置的TiO₂分子吸附后,Ti在fcc或hcp位置,两个O原子分别与表面两个Ga原子成键,Ga-O化学键表现出共价键特征,化学结合能达到7.932-7.943eV,O-O连线与GaN[1120]方向平行,与实验观测(100)[001] TiO₂//(0001)[1120]GaN一致. 通过动力学过程计算分析,TiO₂分子吸附过程经历了物理吸附、化学吸附与稳定态形成的过程,稳定吸附结构和优化结果一致. 关键词： GaN(0001)表面 2分子')" href="#">TiO₂分子 密度泛函理论 吸附