MOCVD外延生长AlGaAs组份的在线监测

利用反射各向异性谱( RAS)和反射谱在线监测了AlxGa1-xAs样品的金属有机化合物汽相淀积(MOCVD)外延生长过程.通过在线监测得到的RAS和反射谱可以敏感地反映出AlxGa1-xAs外延层组份发生的变化,从而优化外延生长工艺.实验表明,反射谱中的振荡周期可以在线计算组份和生长速率,利用反射谱中的振荡的第一个最...     

金属有机化学汽相沉积生长InGaN薄膜的研究

以Al2O3为衬底,采用金属有机汽相沉积（MOCVD）技术在GaN膜上生长了InxGa1-xN薄膜。以卢瑟福背散射／沟道技术和光致发光技术对InxGa1-xN／GaN/Al2O3样品进行了分析,研究表明,金属有机汽相沉积生长高In组分InxGa1-xN薄膜有一最佳TMIn/TEGa摩尔流量比。在一定范围内,降低其摩尔流量比,合金的生长速率增高,In组分提高;进一步降低TMIn/TEGa摩尔流量比,导致In组分下降,研究还表明,InGan薄膜的结晶品质随In组分的增大而下降,InGan薄膜的In组分由0．04增大到0．10,其最低沟道产额比由4．1％增至11．0％。     

高空穴浓度Mg掺杂InGaN外延材料性能的研究

采用金属有机物化学气相沉积方法生长得到具有不同Mg掺杂浓度In_xGa_1-xN (0≤x≤0.3)外延材料样品. 对样品的电学特性和光学特性进行了系统的研究. 研究发现：在固定Mg掺杂浓度下，随In组分的提高，样品空穴浓度显著提高,最高达2.4×10¹⁹cm^-3,Mg的活化效率提高了近两个数量级；通过对Mg掺杂InGaN(InGaN：Mg)样品的光致发光(PL)谱的分析，解释了InGaN：Mg样品的载流子跃迁机理，并确定了样品中Mg受主激活能和深施主能级的位置. 关键词： Mg掺杂InGaN 高空穴浓度 光致发光 金属有机物化学气相沉积     

AlxGa1-xN/GaN异质结构中Al组分对二维电子气性质的影响

通过用数值计算方法自洽求解薛定谔方程和泊松方程,研究了Al组分对AlxGa1-xN/GaN异质结构二维电子气性质的影响,给出了AlxGa1-xN/GaN异质结构二维电子气分布和面密度,导带能带偏移以及子带中电子分布随AlxGa1-xN势垒层中Al组分的变化关系,并用AlxGa1-xN/GaN异质结构自发极化与压电极化机理和能带偏移对结果进行讨论分析.     

高线性度Al_xGa_(1-x)N/Al_yGa_(1-y)N/GaN高电子迁移率晶体管优化设计

对新型复合沟道AlxGa1-xN/AlyGa1-yN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)进行了优化设计.从半导体能带理论与量子阱理论出发,自洽求解了器件层结构参数对器件导带能级以及二维电子气(2DEG)中载流子浓度和横向电场的影响.用TCAD软件仿真得到了器件的层结构参数对器件性能的影响.结合理论分析和仿真结果确定了器件的最佳外延层结构Al0.31Ga0.69N/Al0.04Ga0.96N/GaNHEMT.对栅长1μm,栅宽100μm的器件仿真表明,器件的最大跨导为300mS/mm,且在栅极电压-2—1V的宽范围内跨导变化很小,表明器件具有较好的线性度;器件的最大电流密度为1300mA/mm,特征频率为11.5GHz,最大振荡频率为32.5GHz.     

Pb(Zr0.53Ti0.47)O3/AlxGa1-xN/GaN异质结构的电容-电压特征

通过在调制掺杂Al0.22Ga0.78N/GaN异质结构上淀积Pb(Zr0.53Ti0.47)O3(PZT)铁电薄膜,我们发展了一种基于AlxGa1-xN/GaN异质结构的金属-铁电-半导体(MFS)结构.在高频电容-电压(C-V)特性测量中,发现Al0.22Ga0.78N/GaN异质界面二维电子气(2DEG)的浓度在-10V偏压下从1.56×1013cm-2下降为5.6×1012cm-2.由于PZT薄膜的铁电极化,在-10V偏压下可以观察到宽度为0.2V的铁电C-V窗口,表明在没有铁电极化方向反转的条件下,PZT/AlxGa1-xN/GaN MFS结构也能出现存储特性.因为2DEG带来的各种优点,可以认为AlxGa1-xN/GaN异质结构在以存储器为目标的MFS场效应晶体管中有重要应用.     

在a-平面蓝宝石衬底上分子束外延生长的ZnO和ZnMgO材料结构和光学性质(英文)

氧化锌材料是新一代宽禁带光电子半导体材料,我们通过等离子体分子束外延设备,在a plane的蓝宝石衬底生长了高质量的氧化锌外延材料。在生长过程中用反射高能电子束衍射仪(RHEED),在位地研究了生长时材料薄膜的表面形貌。通过调节ZnMgO材料镁的组份,生长了禁带宽度可调的宽禁带材料。用紫外-可见透射光谱研究了ZnO,Zn0.89Mg0.11O和Zn0.80Mg0.20O薄膜材料的透射和吸收光谱性质,观察到Zn0.89Mg0.11O,Zn0.80Mg0.20O材料的吸收边的蓝移现象等。以上说明了我们用分子束外延生长 收稿日期:2003 07 22·09·　　第1期StructuralandOpticalCharacterizationofZnOandZnMgOFilmsona-planesapphiresbyMolecularBeamEpitaxy2004年设备成功的生长了高质量的氧化锌和组份渐变的ZnMgO薄膜材料。     

Si(110)和Si(111)衬底上制备InGaN/GaN蓝光发光二极管

分别在Si(110)和Si(111)衬底上制备了In Ga N/Ga N多量子阱结构蓝光发光二极管(LED)器件.利用高分辨X射线衍射、原子力显微镜、室温拉曼光谱和变温光致发光谱对生长的LED结构进行了结构表征.结果表明,相对于Si(111)上生长LED样品,Si(110)上生长的LED结构晶体质量较好,样品中存在较小的张应力,具有较高的内量子效率.对制备的LED芯片进行光电特性分析测试表明,两种衬底上制备的LED芯片等效串联电阻相差不大,在大电流注入下内量子效率下降较小;但是,相比于Si(111)上制备LED芯片,Si(110)上LED芯片具有较小的开启电压和更优异的发光特性.对LED器件电致发光(EL)发光峰随驱动电流的变化研究发现,由于Si(110)衬底上LED结构中阱层和垒层存在较小的应力/应变而在器件中产生较弱的量子限制斯塔克效应,致使Si(110)上LED芯片EL发光峰随驱动电流的蓝移量更小.     

GaN基发光二极管衬底材料的研究进展

GaN基发光二极管(LED)作为第三代照明器件在近年来发展迅猛.衬底材料作为LED制造的基础,对器件制备与应用具有极其重要的影响.本文分析综述了衬底材料影响LED器件设计与制造的关键特性(晶格结构、热胀系数、热导率、光学透过率、导电性),对比了几种常见衬底材料(蓝宝石、碳化硅、单晶硅、氮化镓、氧化镓)在高质量外延层生长、高性能器件设计和衬底材料制备方面的研究进展,并对几种材料的发展前景做出了展望.     

低温插入层对绿光LED的发光影响(英文)

利用MOCVD技术在蓝宝石衬底上外延生长了具有低温插入层结构的绿光LED,研究了具有插入层结构的LED的发光特性。插入层的引入增加了In在量子阱中的并入,并且引起了波长红移。经过分析,认为是In的相分离和极化场带来的红移,且恶化了器件的性能。     

蓝宝石衬底上GaN/AlxGa1-xN超晶格插入层对AlxGa1-xN外延薄膜应变及缺陷密度的影响

室温300K下,由于Al_xGa_1-xN的带隙宽度可以从GaN的3.42eV到AlN的6.2eV之间变化,所以Al_xGa_1-xN是紫外光探测器和深紫外LED所必需的外延材料.高质量高铝组分Al_xGa_1-xN材料生长的一大困难就是Al_xGa_1-xN与常用的蓝宝石衬底之间大的晶格失配和热失配.因而采用MOCVD在GaN/蓝宝石上生长的Al_xGa_1-xN薄膜由于受张应力作用非常容易发生龟裂.GaN/Al_xGa_1-xN超晶格插入层技术是释放应力和减少Al_xGa_1-xN薄膜中缺陷的有效方法.研究了GaN/Al_xGa_1-xN超晶格插入层对GaN/蓝宝石上Al_xGa_1-xN外延薄膜应变状态和缺陷密度的影响.通过拉曼散射探测声子频率从而得到材料中的残余应力是一种简便常用的方法,Al_xGa_1-xN外延薄膜的应变状态可通过拉曼光谱测量得到.Al_xGa_1-xN外延薄膜的缺陷密度通过测量X射线衍射得到.对于具有相同阱垒厚度的超晶格,例如4nm/4nm,5nm/5nm,8nm/8nm的GaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格,研究发现随着超晶格周期厚度的增加Al_xGa_1-xN外延薄膜缺陷密度降低,Al_xGa_1-xN外延薄膜处于张应变状态,且5nm/5nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层Al_xGa_1-xN外延薄膜的张应变最小.在保持5nm阱宽不变的情况下,将垒宽增大到8nm,即十个周期的5nm/8nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层使Al_xGa_1-xN外延层应变状态由张应变变为压应变.由X射线衍射结果计算了Al_xGa_1-xN外延薄膜的刃型位错和螺型位错密度,结果表明超晶格插入层对螺型位错和刃型位错都有一定的抑制效果.透射电镜图像表明超晶格插入层使位错发生合并、转向或是使位错终止,且5nm/8nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层导致Al_xGa_1-xN外延薄膜中的刃型位错倾斜30°左右,释放一部分压应变.     

铝镓氮薄膜双光子吸收效应

基于飞秒激发Z扫描实验技术,研究了氮化镓薄膜和不同铝掺杂含量的掺铝氮化镓(以下简称铝镓氮)薄膜的超快非线性光学响应特性。在开孔Z-scan测试中,纯Ga N晶体薄膜表现出典型的双光子吸收特性,双光子吸收系数为3.5 cm/GW,且随着激发光强的增大而逐渐减小。随后测试了不同铝掺杂含量的Al_xGa_(1-x)N薄膜的非线性吸收系数。结果表明,随着铝掺杂摩尔分数的提高(0,19%,32%,42%),非线性吸收系数逐渐减小(18,10,6,5.6 cm/GW)。结合半导体非线性吸收理论分析,Al_xGa_(1-x)N薄膜材料的非线性过程主要是双光子吸收主导非线性响应物理过程。实验结果与半导体双光子吸收过程Sheik-Bahae理论符合得很好。     

Control of acceptor doping in MOCVD HgCdTe epilayers

The acceptor doping of mercury cadmium telluride (HgCdTe) layers grown by MOCVD are investigated. (111)HgCdTe layers were grown on (100)GaAs substrates at 350°C using horizontal reactor and interdiffused multilayer process (IMP). TDMAAs and AsH3 were alternatively used as effective p-type doping precursors. Incorporation and activation rates of arsenic have been studied. Over a wide range of Hg_1−xCd_xTe compositions (0.17 < x < 0.4), arsenic doping concentration in the range from 5×10¹⁵ cm⁻³ to 5×10¹⁷ cm⁻³ was obtained without postgrowth annealing. The electrical and chemical properties of epitaxial layers are specified by measurements of SIMS profiles, Hall effect and minority carrier lifetimes. It is confirmed that the Auger-7 mechanism has decisive influence on carrier lifetime in p-type HgCdTe epilayers.     

闪锌矿GaN量子点中类氢杂质态的束缚能

在有效质量近似下,用变分法研究了闪锌矿GaN/AlxGa1-xN单量子点中的类氢杂质态。结果表明量子点中的杂质位置和量子点结构参数（量子点高度H、半径R及Al含量x）对施主束缚能有很大的影响。当杂质位于量子点中心时,施主束缚能 有最大值。此外,施主束缚能 随着量子点高度H（半径 ）的增大而减小,随着量子点中Al含量x的增大而增大。     

截止波长12 μm的p型-InAs0.04Sb0.96材料的熔体外延生长

为了获得p-型的长波长InAsSb材料并研究掺杂剂Ge对材料特性的影响，用熔体外延法生长了掺Ge的波长为12 μm的p型-InAsSb 外延层.用傅里叶红外光谱仪、Van der Pauw 法和电子探针微分析研究了材料的透射光谱、电学性质以及组分的分布.结果表明,两性杂质Ge在熔体外延生长的InAs0.04Sb0.96材料中起受主杂质作用.当外延层的组分相同时，材料的截止波长不随掺Ge浓度的变化而变化，但是随着外延层中掺Ge量的增加，外延层的透射率下降.掺杂原子Ge在外延层的表面及生长方向的分布都是相当均匀的.77 K下测得，载流子浓度为9.18×1016 cm－3的掺Ge的p型-InAs0.04Sb0.96样品，其空穴迁移率达到1 120 cm2·Vs－1.     

Room-temperature ferromagnetism in Mn-N Co-doped p-ZnO epilayers by metal-organic chemical vapor deposition

Mn-N co-doped Zn epilayers were grown by metal-organic chemical vapor deposition. The Mn-N co-doped epilayers exhibit single phase hexagonal wurtzite structure, indicative of the small lattice damage from co-doping. Secondary ion mass spectroscopy analysis indicates that Mn and N atoms have been in situ incorporated into the ZnO epilayer. Hall measurements exhibit the conduction transition from n-type of the N mono-doped ZnO to p-type of the Mn-N codoped ZnO epilayer. This behavior is attributed to the low formation energy of Mn-N neighboring bonds in the co-doped epilayers. Mn doping leads to the low incorporation of N-H and N-N complexes, which are abundant in the N mono-doped epilayer and always act as compensation centers of holes. Moreover, room temperature ferromagnetism has been observed on the above co-doped epilayer, which is possibly due to the hole mediation on the ferromagnetic ordering of Mn atoms. PACS 64.70.Kg; 81.15.Gh; 81.40.Rs     

纤锌矿GaN/AlxGa1-xN量子阱中极化子能量

采用LLP变分方法研究了纤锌矿GaN/Al_xGa_1-xN量子阱材料中极化子的能级,给出极化子基态能量、第一激发态能量和第一激发态到基态的跃迁能量与量子阱宽度和量子阱深度变化的函数关系。研究结果表明,极化子基态能量、第一激发态能量和跃迁能量随着阱宽L的增大而开始急剧减小,然后缓慢下降,最后接近于体材料GaN中的相应值。基态能量和第一激发态到基态的跃迁能量随着量子阱深度的增加而逐渐增加,窄阱时这一趋势更明显。纤锌矿氮化物量子阱中电子-声子相互作用对能量的贡献比较大,这一值(约40meV)远远大于闪锌矿(GaAs/Al_xGa_1-xAs)量子阱中相应的值(约3meV)。因此讨论GaN/Al_xGa_1-xN量子阱中电子态问题时应考虑电子-声子相互作用。     

Electron mobility limited by surface and interface roughness scattering in AlxGa1-xN/GaN quantum wells

The electron mobility limited by the interface and surface roughness scatterings of the two-dimensional electron gas in AlxGa1-xN/GaN quantum wells is studied. The newly proposed surface roughness scattering in the AlGaN/GaN quantum wells becomes effective when an electric field exists in the AlxGa1-xN barrier. For the AlGaN/GaN potential well, the ground subband energy is governed by the spontaneous and the piezoelectric polarization fields which are determined by the barrier and the well thicknesses. The thickness fluctuation of the AlGaN barrier and the GaN well due to the roughnesses cause the local fluctuation of the ground subband energy, which will reduce the 2DEG mobility.     

双三角量子阱中不对称性及掺杂浓度对电子拉曼散射的影响(英文)

在有效质量近似下,从理论上研究了非对称双三角量子阱的拉曼散射。推导了导带子带间电子跃迁的微分散射截面表达式,以GaAs/AlxGa1-xAs材料为例进行了数值计算。结果表明,散射光谱不仅与掺杂浓度有关,而且与双量子阱的不对称性有关,随着量子阱不对称性的增加或掺杂浓度的减少,散射峰发生了红移。本工作对设计新型微电子和光电子器件有一定的指导意义。     

AlGaN/GaN异质结构中极化与势垒层掺杂对二维电子气的影响

从Ⅲ族氮化物中压电极化对应变弛豫度的依赖关系出发，通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程,分别研究了自发极化、压电极化和AlGaN势垒层掺杂对AlxGa1-xN/GaN异质结构二维电子气的浓度、分布、面密度以及子带分布等性质的影响.结果表明：二维电子气性质强烈依赖于极化效应,不考虑AlGaN势垒层掺杂，当Al组分为0.3时，由极化导致的二维电子气浓度达1.6×10--13cm-2,其中压电极化对二维电子气贡献为0.7×10-13cm-2，略小于自发极化的贡献(0.9×10-13cm-2)，但为同一数量级，因而通过控制AlGaN层应变而改变极化对于提高二维电子气浓度至关重要. AlGaN势垒层掺杂对二维电子气的影响较弱, 当掺杂浓度从1×10-17增加到1×10-18cm-3时，二维电子气面密度增加0.2×10-13cm-2. 关键词： AlxGa1-xN/GaN 异质结构 二维电子气 自发极化 压电极化