GaN基异质结缓冲层漏电分析

通过对GaN基异质结材料C-V特性中耗尽电容的比较,得出AlGaN/GaN异质结缓冲层漏电与成核层的关系.实验结果表明,基于蓝宝石衬底低温GaN成核层和SiC衬底高温AlN成核层的异质结材料比基于蓝宝石衬底低温AlN成核层异质结材料漏电小、背景载流子浓度低.深入分析发现,基于薄成核层的异质结材料在近衬底的GaN缓冲层中具有高浓度的n型GaN导电层,而基于厚成核层的异质结材料的GaN缓冲层则呈高阻特性.GaN缓冲层中的n型导电层是导致器件漏电主要因素之一,适当提高成核层的质量和厚度可有效降低GaN缓冲层的背景载流子浓度,提高GaN缓冲层的高阻特性,抑制缓冲层漏电. 关键词： AlGaN/GaN异质结 GaN缓冲层 漏电 成核层     

非故意掺杂GaN薄膜方块电阻与载气中N2比例关系研究

利用金属有机气相外延方法研究了非故意掺杂GaN薄膜的方块电阻与高温GaN体材料生长时载气中N₂比例的关系.研究发现,随着载气中N₂比例的增加,GaN薄膜方块电阻急剧增加.当载气中N₂比例为50%时,GaN薄膜方块电阻达1.1×10⁸Ω/□,且GaN表面平整,均方根粗糙度为0.233nm.二次离子质谱分析发现,载气中N₂比例不同的样品中碳、氧杂质含量无明显差别.随着载气中N₂比 关键词： 半绝缘GaN薄膜 载气 金属有机气相外延 位错     

硅衬底GaN基LED N极性n型欧姆接触研究

在Si衬底GaN基垂直结构LED的N极性n型面上,利用电子束蒸发的方法制作了Ti/Al电极,通过了I-V曲线研究了有无AlN缓冲层对这种芯片欧姆接触的影响.结果显示,去除AlN缓冲层后的N极性n型面与Ti/Al电极在500到600 ℃范围内退火才能形成欧姆接触.而保留AlN缓冲层的N极性n型面与Ti/Al电极未退火时就表现为较好的欧姆接触,比接触电阻率为2×10^-5 Ω·cm²,即使退火温度升高至600 ℃,也始终保持着欧姆接触特性.因此,AlN缓冲层的存在是Si衬底GaN基垂直结构LED获得高热稳定性n型欧姆接触的关键. 关键词： 硅衬底 N极性 AlN缓冲层 欧姆接触     

氢化物气相外延生长高质量GaN膜生长参数优化研究

系统研究了低温成核层生长时间、高温生长时的V/Ⅲ 比以及生长温度对氢化物气相外延生长GaN膜晶体质量的影响. 研究发现合适的低温成核层为后续高温生长提供成核中心, 并能有效降低外延膜与衬底间的界面自由能, 促进成核岛的横向生长; 优化的V/Ⅲ比和最佳生长温度有利于降低晶体缺陷密度, 促进横向生长, 增强外延膜的二维生长. 利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、高分辨X射线衍射、 低温光致发光谱和室温拉曼光谱对优化条件下生长的GaN外延膜进行了结构和光电特性表征. 测试结果表明, 膜表面平整光滑, 呈现二维生长模式表面形貌; (002)和(102)面摇摆曲线半高宽分别为317和343 arcsec; 低温光致发光谱中近带边发射峰为3.478 eV附近的中性施主束缚激子发射峰, 存在11 meV的蓝移, 半高宽为10 meV, 并且黄带发光强度很弱;常温拉曼光谱中E₂ (high) 峰发生1.1 cm^-1蓝移.结果表明, 优化条件下生长的GaN外延膜具有良好的晶体质量和光电特性, 但GaN 膜中存在压应力. 关键词： 氮化镓 氢化物气相外延 低温成核层     

蓝宝石衬底上RF-MBE生长的GaN中的极性控制和螺旋位错的降低

近年来人们报道了用MBE方法生长GaN的飞速进展,利用RF-MBE方法可以获得高的GAN生长速率和高的电子迁移率.本文讨论了用RF-MBE方法在蓝宝石衬底上生长GaN过程中的极性控制和螺旋位错的降低.在充分氮化的蓝宝石衬底上直接生长GaN,使GaN的极性控制为N-极性,并用高温生长的AlN核化层实现GaN的Ga-极性.对于N-和Ga-极性的GaN这两种情况,高温生长的AlN中间迭层的引入,可以有效地抑制螺旋位错的扩散.位错的降低使GaN的室温电子迁移率得到提高,对于Ga-极性的GaN,其值为332cm²/V·s;而对于N-极性的GaN,其值为688cm²/V·s.     

GaAs(001)衬底上分子束外延生长立方和六方GaN薄膜

采用分子束外延方法在GaAs(001)衬底上生长出了03微米厚的GaN薄膜,X射线双晶衍射和室温光荧光测试结果表明,采用GaAs氮化表面作为成核层可获得高纯度立方GaN薄膜而采用AlAs氮化表面作为成核层可获得高纯度六方GaN薄膜.这一研究结果表明在GaAs衬底上生长GaN薄膜的相结构可以通过选择不同的成核层来控制. 关键词：     

高电子迁移率晶格匹配InAlN/GaN材料研究

文章基于蓝宝石衬底采用脉冲金属有机物化学气相淀积(MOCVD)法生长的高迁移率InAlN/GaN材料,其霍尔迁移率在室温和77 K下分别达到949和2032 cm²/Vs,材料中形成了二维电子气(2DEG). 进一步引入1.2 nm的AlN界面插入层形成InAlN/AlN/GaN结构,则霍尔迁移率在室温和77 K下分别上升到1437和5308 cm²/Vs. 分析样品的X射线衍射、原子力显微镜测试结果以及脉冲MOCVD生长方法的特点,发现InAlN/GaN材料的结晶质量较高,与GaN晶格匹配的InAlN材料具有平滑的表面和界面. InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料形成高迁移率特性的主要原因归结为形成了密度相对较低(1.6×10¹³-1.8×10¹³ cm^-2)的2DEG,高质量的InAlN晶体降低了组分不均匀分布引起的合金无序散射,以及2DEG所在界面的粗糙度较小,削弱了界面粗糙度散射. 关键词： InAlN/GaN 脉冲金属有机物化学气相淀积 二维电子气 迁移率     

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。     

YBa2Cu3O7-x涂层导体的外延生长和性能对CeO2缓冲层的依赖性

利用倾斜衬底沉积法在无织构的金属衬底上生长了MgO双轴织构的模板层,在这一模板层上实现了YBa₂Cu₃O_7-x薄膜的外延生长.在外延YBa₂Cu₃O_7-x薄膜前,依次沉积了钇稳定的立方氧化锆和CeO₂作为缓冲层.利用X射线衍射2θ扫描、扫描、Ω扫描和极图分析测定了这些膜的结构和双轴织 关键词： 2Cu₃O_7-x镀膜导体')" href="#">YBa₂Cu₃O_7-x镀膜导体 2缓冲层')" href="#">CeO₂缓冲层 厚度依赖性 外延生长     

MgB2 超薄膜的制备和性质研究

利用混合物理化学气相沉积法在6H-SiC(001)衬底上制备干净的MgB₂超导超薄膜.在本底气体压强、载气氢气流量等条件一定的情况下,改变B₂H₆流量及沉积时间,制备得到不同厚度的系列MgB₂超薄膜样品,并研究了超导转变温度T_c、剩余电阻率ρ_(42K)、上临界磁场H_c2等与膜厚的关系.该系列超薄膜沿c轴外延生长,随膜厚度的变小,T_c(0)降低,ρ_(42K)升高.膜在衬底上的生长遵循Volmer-Weber岛状生长模式.对于厚度为7.5 nm的MgB₂超薄膜,T_c(0) =32.8 K,ρ_(42K) =118 μΩcm,是迄今为止所观测到的厚度为7.5 nm的MgB₂超薄膜最高的T_c值;对于厚度为10 nm的MgB₂膜,T_c(0)=35.5 K,ρ_(42K)=17.7 μΩcm,上临界磁场μ₀H_c2估算为12 T左右,零磁场、4 K时的临界电流密度J_c=1.0×10⁷ A/cm²,是迄今为止10 nm厚MgB₂超薄膜的最高J_c值,且其表面连接性良好,均方根粗糙度为0.731 nm.这预示MgB₂超薄膜在超导纳米器件上具有广阔的应用前景. 关键词： 2超薄膜')" href="#">MgB₂超薄膜 薄膜生长 氢气流量 混合物理化学气相沉积     

基于GaN同质衬底的高迁移率AlGaN/GaNHEMT材料

研究了表面预处理对GaN同质外延的影响,获得了高电子迁移率AlGaN/GaN异质结材料.通过NH_3/H_2混合气体与H_2交替通入反应室的方法对GaN模板和GaN半绝缘衬底进行高温预处理.研究结果表明,NH_3/H_2能够抑制GaN的分解,避免粗糙表面,但不利于去除表面的杂质,黄光带峰相对强度较高;H_2促进GaN分解,随时间延长GaN分解加剧,导致模板表面粗糙不平,AlGaN/GaN HEMT材料二维电子气迁移率降低.采用NH_3/H_2混合气体与H_2交替气氛模式处理模板或衬底表面,能够清洁表面,去除表面杂质,获得平滑的生长表面和外延材料表面,有利于提高AlGaN/GaN HEMT材料电学性能.在GaN衬底上外延AlGaN/GaN HEMT材料,2DEG迁移率达到2113 cm~2/V·s,电学性能良好.     

Characterization of GaN/AlGaN epitaxial layers grown by metalorganic chemical vapour deposition for high electron mobility transistor applications

GaN and AlGaN epitaxial layers are grown by a metalorganic chemical vapour deposition (MOCVD) system. The crystalline quality of these epitaxially grown layers is studied by different characterization techniques. PL measurements indicate band edge emission peak at 363.8 nm and 312 nm for GaN and AlGaN layers respectively. High resolution XRD (HRXRD) peaks show FWHM of 272 and 296 arcsec for the (0 0 0 2) plane of GaN and GaN in GaN/AlGaN respectively. For GaN buffer layer, the Hall mobility is 346 cm²/V-s and carrier concentration is 4.5 × 10¹⁶/cm³. AFM studies on GaN buffer layer show a dislocation density of 2 × 10⁸/cm² by wet etching in hot phosphoric acid. The refractive indices of GaN buffer layer on sapphire at 633 nm are 2.3544 and 2.1515 for TE and TM modes respectively.     

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.     

具有p-GaN岛状埋层耐压结构的横向AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管

GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)相对较低的击穿电压严重限制了其大功率应用.为了进一步改善器件的击穿特性,通过在n-GaN外延缓冲层中引入六个等间距p-GaN岛掩埋缓冲层(PIBL)构成p-n结,提出一种基于p-GaN埋层结构的新型高耐压AlGaN/GaN HEMT器件结构.Sentaurus TCAD仿真结果表明,在关态高漏极电压状态下,p-GaN埋层引入的多个反向p-n结不仅能够有效调制PIBL AlGaN/GaN HEMT的表面电场和体电场分布,而且对于缓冲层泄漏电流有一定的抑制作用,这保证了栅漏间距为10μm的PIBL HEMT能够达到超过1700 V的高击穿电压(BV),是常规结构AlGaN/GaN HEMT击穿电压(580 V)的3倍.同时,PIBL结构AlGaN/GaN HEMT的特征导通电阻仅为1.47 m?·cm~2,因此获得了高达1966 MW·cm~(-2)的品质因数(FOM=BV~2/R_(on,sp)).相比于常规的AlGaN/GaN HEMT,基于新型p-GaN埋岛结构的HEMT器件在保持较低特征导通电阻的同时具有更高的击穿电压,这使得该结构在高功率电力电子器件领域具有很好的应用前景.     

蓝光激光器结构中InGaN/GaN多量子阱界面效应的精细光致发光光谱研究

金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法制备InGaN/GaN多量子阱结构时,在GaN势垒层生长的N2载气中引入适量H2,能够有效改善阱/垒界面质量从而提升发光效率.本工作利用光致发光(PL)光谱技术,对蓝光激光器结构中的InGaN/GaN多量子阱的发光性能进行了精细的光谱学测量与表征,研究了通H2生长对量子阱界面的调控...     

掺Fe高阻GaN缓冲层特性及其对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件的影响研究

利用金属有机物化学气相沉积技术在蓝宝石衬底上制备了掺Fe高阻Ga N以及Al Ga N/Ga N高电子迁移率晶体管(HEMT)结构.对Cp_2Fe流量不同的高阻Ga N特性进行了研究.研究结果表明,Fe杂质在Ga N材料中引入的Fe~(3+/2+)深受主能级能够补偿背景载流子浓度从而实现高阻,Fe杂质在Ga N材料中引入更多起受主作用的刃位错,也在一定程度上补偿了背景载流子浓度.在一定范围内,Ga N材料方块电阻随Cp_2Fe流量增加而增加,Cp_2Fe流量为100 sccm(1 sccm 1mL min)时,方块电阻增加不再明显;另外增加Cp_2Fe流量也会导致材料质量下降,表面更加粗糙.因此,优选Cp_2Fe流量为75 sccm,相应方块电阻高达×10?/,外延了不同掺Fe层厚度的Al Ga N/Ga N HEMT结构,并制备成器件.HEMT器件均具有良好的夹断以及栅控特性,并且增加掺Fe层厚度使得HEMT器件的击穿电压提高了39.3%,同时对器件的转移特性影响较小.     

表面预处理对石墨烯上范德瓦耳斯外延生长GaN材料的影响

基于范德瓦耳斯外延生长的氮化镓/石墨烯材料异质生长界面仅靠较弱的范德瓦耳斯力束缚,具有低位错、易剥离等优势,近年来引起了人们的广泛关注.采用NH_3/H_2混合气体对石墨烯表面进行预处理,研究了不同NH_3/H_2比对石墨烯表面形貌、拉曼散射的影响,探讨了石墨烯在NH_3和H_2混合气氛下的表面预处理机制,最后在石墨烯上外延生长了1.6μm厚的GaN薄膜材料.实验结果表明:石墨烯中褶皱处的C原子更容易与气体发生刻蚀反应,刻蚀方向沿着褶皱进行;适当NH_3/H_2比的混合气体对石墨烯进行表面预处理可有效改善石墨烯上GaN材料的晶体质量.本研究提供了一种可有效提高GaN晶体质量的石墨烯表面预处理方法,可为进一步研究二维材料上高质量的GaN外延生长提供参考.     

AlN隔离层生长时间对AlGaN/AlN/GaN HEMT材料电学性能的影响

利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）设备,在蓝宝石（0001）面上外延不同生长时间AlN隔离层的Al_xGa_1-xN/AlN/GaN结构的高电子迁移率的晶体管（HEMT）,研究了AlN隔离层厚度对HEMT材料电学性能的影响。研究发现采用脉冲法外延（PALE）技术生长AlN隔离层的时间为12 s（1 nm左右）时,HEMT材料的方块电阻最小,电子迁移率为1 500 cm²·V^-1·s^-1,二维电子气（2DEG）浓度为1.16×10¹³ cm^-2。AFM测试结果表明,一定厚度范围内的AlN隔离层并不会对材料的表面形貌产生重大的影响。HRXRD测试结果表明,AlGaN/AlN/GaN具有好的异质结界面。     

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...