硅衬底GaN蓝色发光材料转移前后应力变化研究

利用外延片压焊和湿法腐蚀技术将硅衬底上生长的InGaN多量子阱发光二极管(LED)薄膜材料转移到了新衬底上. 研究结果表明, 转移后的LED薄膜中GaN层受到的张应力变小,InGaN层受的压应力变大. 去除转移后LED薄膜中过渡层后,GaN层受到的张应力变大,而铟镓氮层受到的压应力基本不变. 将转移后的薄膜做成垂直结构的LED芯片后,其光电性能明显改善. 关键词： GaN 发光二极管 硅衬底 应力     

晶圆键合和激光剥离工艺对GaN基垂直结构发光二极管芯片残余应力的影响

GaN基发光二极管(LED)中的残余应力状态对器件的性能和稳定性有很大影响. 通过使用三种不同的键合衬底(Al₂O₃衬底, CuW衬底和Si衬底)以及改变键合温度(290 ℃, 320 ℃, 350 ℃和380 ℃), 并且使用不同的激光能量密度(875, 945和1015 mJ·cm^-2) 进行激光剥离, 制备了不同应力状态的GaN基LED器件. 对不同条件下GaN LED进行弯曲度、Raman 散射谱测试. 实验结果表明, 垂直结构LED中的残余应力的状态是键合衬底和键合金属共同作用的结果, 而键合温度影响着垂直结构LED中的残余应力的大小. 激光剥离过程中, 一定能量密度下激光剥离工艺一般不会对芯片中的残余应力造成影响, 但是如果该工艺对GaN 层造成了微裂缝, 则会在一定程度上起到释放残余应力的作用. 使用Si衬底键合后, 外延蓝宝石衬底翘曲变大, 对应制备的GaN基垂直结构 LED中的残余应力为张应力, 并且随着键合温度的上升而变大; 而Al₂O₃和CuW衬底制备的LED中的残余应力为压应力, 但使用Al₂O₃衬底键合制备的LED中压应力随键合温度上升而一定程度变大, CuW 衬底制备的LED中压应力随键合温度上升而下降.     

硅衬底氮化镓基LED薄膜转移至柔性黏结层基板后其应力及发光性能变化的研究

本文将硅(Si)衬底上外延生长的氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)薄膜转移至含有柔性黏结层的基板上, 获得了不受衬底和支撑基板束缚的LED薄膜. 利用高分辨率X射线衍射仪(HRXRD)研究了薄膜转移前后的应力变化, 同时对其光致发光(PL)光谱的特性进行了研究. 结果表明: 硅衬底GaN基LED薄膜转移至柔性基板后, GaN受到的应力会由转移前巨大的张应力变为转移后微小的压应力, InGaN/GaN量子阱受到的压应力则增大; 尽管LED薄膜室温无损转移至柔性基板其InGaN阱层的In组分不会改变, 然而按照HRXRD倒易空间图谱通用计算方法会得出平均铟组发生了变化; GaN基LED薄膜从外延片转移至柔性基板时其PL谱会发生明显红移.     

SiN钝化膜对Si衬底GaN基蓝光LED性能影响

利用等离子辅助化学气相沉积(PECVD)系统在垂直结构Si衬底GaN基蓝光LED芯片上生长了SiN钝化膜,并对长有钝化膜及未作钝化处理的LED在不同条件下进行了老化实验,首次研究了SiN钝化膜对垂直结构Si衬底GaN基蓝光LED可靠性的影响。实验发现:经过30mA、85℃、24h条件老化后,未作钝化处理的Si衬底GaN基蓝光LED的平均光衰为11.41%,而长有SiN钝化膜的LED平均光衰为6.06%,SiN钝化膜有效地改善了LED在各种老化条件下的光衰,另外,SiN钝化膜缓解了Si衬底GaN基蓝光LED老化过程中反向电压(Vr)的下降,但对老化后LED的抗静电击穿能力(ESD)没有明显的影响。     

转移基板材质对Si衬底GaN基LED芯片性能的影响

在Si衬底上生长了GaN基LED外延材料,分别转移到新的硅基板和铜基板上,制备了垂直结构蓝光LED芯片。研究了这两种基板GaN基LED芯片的光电性能。在切割成单个芯片之前,对大量尺寸为(300μm×300μm)的这两种芯片分别通高达1 A的大电流在测试台上加速老化1 h。结果显示,铜基板Si衬底GaN基LED芯片有更大的饱和电流,光输出效率更高,工作电压随驱动电流的变化不大,光输出在老化过程中衰减更小。铜基板芯片比硅基板芯片可靠性更高,在大功率半导体照明器件中前景诱人。     

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     

衬底弯曲度对GaN基LED芯片性能的影响

利用低压MOCVD系统在弯曲度值不同的蓝宝石衬底上生长了GaN基LED外延结构并制作芯片。测量了芯片的主要电学和光学参数,并分析了衬底弯曲度值对芯片性能的影响。分析结果表明:存在弯曲度的衬底预先弛豫了外延层中的部分应力,改善了外延层的质量,从而提高了LED芯片的性能。随着衬底弯曲度值的逐渐增加,下层GaN对有源层中InGaN材料的压应力作用不断减小,导致芯片的主波长逐渐发生蓝移。     

激光剥离技术实现垂直结构GaN基LED

为改善GaN基发光二极管(Light-emitting diode,LED)的电学特性和提高其输出光功率,采用激光剥离技术,在KrF准分子激光器脉冲激光能量密度为400mJ/cm2的条件下,将GaN基LED从蓝宝石衬底剥离,结合金属熔融键合技术,在300℃中将GaN基LED转移至高电导率和高热导率的硅衬底,制备出了具有垂直结构的GaN基LED,并对其电学和光学特性进行了测试。结果表明:在110mA注入电流下,垂直结构器件的开启电压由普通结构的3.68V降低到了3.27V;在560mA注入电流下,器件输出光功率没有出现饱和现象;采用高电导率和高热导率的硅衬底能有效地改善GaN基LED的电学和光学特性。     

热处理中Pr0.5Sr0.5MnO3薄膜的电学性能变化和应力弛豫

我们用脉冲激光法在(001)LaAlO3衬底上制备了Pr0.5Sr0.5MnO3薄膜,在900℃的空气中进行后退火处理,研究了退火前后薄膜的电磁性能和晶格结构变化.随着温度降低原位生长薄膜在低温段电阻率迅速上升,表现为绝缘体性质.磁化强度-温度曲线表明薄膜具有顺磁-铁磁-反铁磁的相变,并且存在相分离现象.相比之下,退火后薄膜随着温度降低只出现了顺磁绝缘体-铁磁金属相变,在低温区域一直表现为铁磁金属性.x光衍射实验发现退火使得薄膜在垂直于衬底表面方向的晶格伸长量明显减小,表明退火过程中发生了应力弛豫.为了搞清楚后退火中氧含量和应力弛豫的不同作用,我们进行了(110)SrTiO3衬底上Pr0.5Sr0.5MnO3薄膜的后退火对比实验,结果表明退火中的应力弛豫是导致退火前后薄膜电磁性质差异的主要原因.     

全息技术制作二维光子晶体蓝宝石衬底提高发光二极管外量子效率

为了提高GaN基发光二极管(LED)的外量子效率,在蓝宝石衬底制作了二维光子晶体.衬底上的二维光子晶体结构采用激光全息技术和感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术制作,然后采用金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)技术在图形蓝宝石衬底(PSS)上生长2μm厚的n型GaN层,4层量子阱和200nm厚的p型GaN层,形成LED结构.衬底上制作的二维光子晶体为六角晶格结构,晶格常数为3.8μm,刻蚀深度为800nm.LED器件光强输出测试结果显示,在PSS上制作的LED(PSS-LED)的发光强度普遍高于蓝宝石平 关键词： 全息 发光二极管 图形蓝宝石衬底 外量子效率     

射频磁控溅射法制备ZnS多晶薄膜及其性质

实验采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上沉积了ZnS多晶薄膜,研究了沉积气压、退火温度和衬底温度对ZnS薄膜质量的影响.利用X射线衍射(XRD)分析了薄膜的微结构,并计算了内应力值.通过紫外-可见光分光光度计测量了薄膜的透过谱,计算了Urbach能量和禁带宽度.利用扫描电子显微镜(SEM)观察了薄膜的表面形貌.结果表明: 衬底温度为室温时沉积的ZnS薄膜具有较大的压应力,并且内应力值随着工作气压增大而增大,在300 ℃下进行退火处理后内应力松弛,衬底温度为350 ℃时制备的ZnS薄膜内应力小,透过率高,经300 ℃退火处理后结晶质量有所提高. 关键词： ZnS薄膜 射频磁控溅射 内应力     

Influence of double A1N buffer layers on the qualities of GaN films prepared by metal-organic chemical vapour deposition

<正>In this paper we report that the GaN thin film is grown by metal-organic chemical vapour deposition on a sapphire (0001) substrate with double AlN buffer layers.The buffer layer consists of a low-temperature(LT) AlN layer and a high-temperature(HT) AlN layer that are grown at 600℃and 1000℃,respectively.It is observed that the thickness of the LT-AlN layer drastically influences the quality of GaN thin film,and that the optimized 4.25-min-LT-AlN layer minimizes the dislocation density of GaN thin film.The reason for the improved properties is discussed in this paper.     

Fabrication processing effects on microstructure and morphology of erbium film

The effects of substrate temperature on the microstructure and the morphology of erbium film are systematically investigated by using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). All the erbium films are grown by the electron-beam vapor deposition (EBVD). A novel preparation method for observing the cross-section morphology of the erbium film is developed. The films deposited at 200 ℃ have (002) preferred orientation, and the films deposited at 450 ℃ have mixed (100) and (101) texture, which are due to the different growth mechanisms of surface energy minimization and recrystallization, respectively. The peak positions and the full widths at half maximum (FWHMs) of erbium diffraction lines (100), (002), and (101) shift towards higher angles and decrease with the increasing substrate temperature in a largely uniform manner, respectively. Also, the lattice constants decrease with the increasing temperature. The transition in the film stresses can be used to interpret the changes in peak positions, FWHMs, and lattice constants. The stress is compressive for the as-growth films, and is counteracted by the tensile stress formed during the process of temperature cooling down to room temperature. The tensile stress mainly originates from the difference in the coefficients of thermal expansion of substrate--film couple.     

沉积温度对硫化锌(ZnS)薄膜的结晶和光学特性影响研究

对不同温度下沉积的ZnS薄膜的结晶情况和光学特性进行了研究, 结果表明：沉积温度对ZnS薄膜的物理和光学特性有较大影响, 不同的温度沉积的ZnS薄膜具有不同的择优取向, 牢固度也大不相同; 不同沉积温度下, ZnS薄膜的光学常数也不尽相同. 温度为115 ℃和155 ℃时, ZnS薄膜的物理性能和光学性能较差, 不适合空间用光学薄膜的研制使用. 而190 ℃和230 ℃沉积温度下所得薄膜具有较好的物理和光学性能, 适合于不同要求的空间用薄膜器件的研制使用. 关键词： 硫化锌薄膜 沉积温度 表面形貌 光学常数     

掺铒GaN薄膜的背散射/沟道分析和光致发光研究

采用背散射（RBS）/沟道（channeling）分析和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）研究了掺铒G aN薄膜的晶体结构和光致发光（PL）特性.背散射/沟道分析结果表明：随退火温度的升高， 薄膜中辐照损伤减少；但当退火温度达到1000℃，薄膜中的缺陷又明显增加.Er浓度随注入 深度呈现高斯分布.通过沿GaN的<0001>轴方向的沟道分析，对于900℃，30min退火的GaN:Er 样品，Er在晶格中的替位率约76％.光谱研究表明：随退火温度的升高，室温下样品的红外P L峰强度增加；但是当退火温度达到100 关键词： GaN Er 离子束分析 光致发光     

Fabrication and optical properties of InGaN/GaN multiple quantum well light emitting diodes with amorphous BaTiO3 ferroelectric film

BaTiO3 （BTO） ferroelectric thin films are prepared by the sol,el method. The fabrication and the optical properties of an InGaN/GaN multiple quantum well light emitting diode （LED） with amorphous BTO ferroelectric thin film are studied. The photolumineseence （PL） of the BTO ferroelectric film is attributed to the structure. The ferroeleetric film which annealed at 673 K for 8 h has the better PL property. The peak width is about 30 nm from 580 nm to 610 nm, towards the yellow region. The mixed electroluminescence （EL） spectrum of InGaN/GaN multiple quantum well LED with 150-nm thick amorphous BTO ferroelectric thin film displays the blue-white light. The Commission Internationale De L＇Eclairage （CIE） coordinate of EL is （0.2139, 0.1627）. EL wavelength and intensity depends on the composition, microstructure and thickness of the ferroelectric thin film. The transmittance of amorphous BTO thin film is about 93% at a wavelength of 450 nm-470 nm. This means the amorphous ferroelectrie thin films can output more blue-ray and emission lights. In addition, the amorphous ferroelectric thin films can be directly fabricated without a binder and used at higher temperatures （200 ℃-400 ℃）. It is very favourable to simplify the preparation process and reduce the heat dissipation requirements of an LED. This provides a new way to study LEDs.     

Fabrication and optical properties of InGaN/GaN multiple quantum well light emitting diodes with amorphous BaTiO₃ ferroelectric film

BaTiO3(BTO) ferroelectric thin films are prepared by the sol-gel method.The fabrication and the optical properties of an InGaN/GaN multiple quantum well light emitting diode(LED) with amorphous BTO ferroelectric thin film are studied.The photoluminescence(PL) of the BTO ferroelectric film is attributed to the structure.The ferroelectric film which annealed at 673 K for 8 h has the better PL property.The peak width is about 30 nm from 580 nm to 610 nm,towards the yellow region.The mixed electroluminescence(EL) spectrum of InGaN/GaN multiple quantum well LED with 150-nm thick amorphous BTO ferroelectric thin film displays the blue-white light.The Commission Internationale De L’Eclairage(CIE) coordinate of EL is(0.2139,0.1627).EL wavelength and intensity depends on the composition,microstructure and thickness of the ferroelectric thin film.The transmittance of amorphous BTO thin film is about 93% at a wavelength of 450 nm-470 nm.This means the amorphous ferroelectric thin films can output more blue-ray and emission lights.In addition,the amorphous ferroelectric thin films can be directly fabricated without a binder and used at higher temperatures(200℃-400℃).It is very favourable to simplify the preparation process and reduce the heat dissipation requirements of an LED.This provides a new way to study LEDs.     

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。     

Formations and morphological stabilities of ultrathin CoSi₂ films

In this paper we investigate the formations and morphological stabilities of Co-silicide films using 1-8-nm thick Co layers sputter-deposited on silicon(100) substrates.These ultrathin Co-silicide films are formed via solid-state reaction of the deposited Co films with Si substrate at annealing temperatures from 450℃ to 850℃.For a Co layer with a thickness no larger than 1 nm,epitaxially aligned CoSi2 films readily grow on silicon(100) substrate and exhibit good morphological stabilities up to 600℃.For a Co layer thicker than 1 nm,polycrystalline CoSi and CoSi2 films are observed.The critical thickness below which epitaxially aligned CoSi2 film prevails is smaller than the reported critical thickness of the Ni layer for epitaxial alignment of NiSi2 on silicon(100) substrate.The larger lattice mismatch between the CoSi2 film and the silicon substrate is the root cause for the smaller critical thickness of the Co layer.