Growth and characterization of AlN epilayers using pulsed metal organic chemical vapor deposition

We report the growth of Al N epilayers on c-plane sapphire substrates by pulsed metal organic chemical vapor deposition(MOCVD). The sources of trimethylaluminium(TMAl) and ammonia were pulse introduced into the reactor to avoid the occurrence of the parasitic reaction. Through adjusting the duty cycle ratio of TMAl to ammonia from 0.8 to 3.0, the growth rate of Al N epilayers could be controlled in the range of 0.24 m/h to 0.93 m/h. The high-resolution x-ray diffraction(HRXRD) measurement showed that the full width at half maximum(FWHM) of the(0002) and(10-12) reflections for a sample would be 194 arcsec and 421 arcsec, respectively. The step-flow growth mode was observed in the sample with the atomic level flat surface steps, in which a root-mean-square(RMS) roughness was lower to 0.2 nm as tested by atomic force microscope(AFM). The growth process of Al N epilayers was discussed in terms of crystalline quality, surface morphology,and residual stress.     

近红外波段InAs量子点结构与光学特性

采用分子束外延技术,分别在480,520℃的生长温度下,制备了淀积厚度2.7ML的InAs/GaAs量子点。用原子力显微镜对样品进行形貌测试和统计分布。结果表明,在相应的生长温度下,量子点密度分别为8.0×10¹⁰,5.0×10⁹cm^-2,提高生长温度有利于获得大尺寸的量子点,并且量子点按高度呈双模分布。结合光致发光谱的分析,在480℃的生长条件下,最近邻量子点之间的合并导致了量子点尺寸的双模分布;而在525℃的生长温度下,In偏析和InAs解析是形成双模分布的主要原因。     

InP同质外延的不稳定生长:小丘的形成

用原子力显微镜研究了在不同的条件下采用固态磷源分子束外延技术生长的InP同质外延薄膜的表面形貌。在样品的表面观察到不稳定三维岛状生长。其主要原因有两种,第一种是生长温度较低时,由于吸附原子受到附加的ES台阶边垒的阻碍作用,使扩散运动不能向台阶下面运动,而在台阶上面形成小丘,第二种是生长温度较高或V/III较低时,因生长中缺磷造成In的堆积而产生。在合适的生长条件下,可获得了光滑的2D层状生长。     

固态源MBE系统生长高质量的调制掺杂GaAs结构材料和InP/InP外延材料的兼容性研究

通过固态源的分子束外延系统生长了调制掺杂AlGaAs/GaAs结构材料和InP/InP外延材料.在生长含磷材料之后,生长条件(真空状态)变差;我们通过采取合理的工艺方法和生长工艺条件的优化,获得了电子迁移率为1.86×105cm2/Vs(77K)调制掺杂AlGaAs/GaAs结构材料和电子迁移率为2.09×105cm2/Vs(77K)δ-Si掺杂AlGaAs/GaAs结构材料.InP/InP材料的电子迁移率为4.57×104 cm2/Vs(77K),该数值是目前国际报道最高迁移率值和最低的电子浓度的InP外延材料.成功地实现了在一个固态源分子束外延设备交替生长高质量的调制掺杂AlGaAs/GaAs结构材料和含磷材料.     

光致发光谱研究自组织InAs双模量子点态填充

采用固态源分子束外延技术在GaAs(100)衬底上,制备了InAs量子点,对样品进行原子力显微镜测试,统计结果表明量子点尺寸呈双模分布。光致发光谱研究表明,在室温和77 K下,小量子点的发光峰均占主导地位,原因可能是：(1)大量子点的态密度小于小量子点;(2)捕获载流子速率,大量子点小于小量子点;(3)大量子点与盖层存在较大的应变势垒和可能出现的位错和缺陷,导致温度变化引起载流子从小尺寸量子点转移到大尺寸的量子点中概率很小。     

质量分离低能离子束沉积碳膜及离子轰击效应

用质量分离的低能离子束沉积技术得到了非晶碳薄膜,X射线衍射、Raman谱以及俄歇深度谱的线形表明,此种非晶碳膜中镶嵌着金刚石颗粒.碳离子的浅注入是该碳膜SP³形成的主要机理.从一个侧面说明了化学气相沉积法中偏压预处理增加金刚石成核的主要原因是因为离子轰击效应. 关键词： 非晶碳 离子轰击 质量分离低能离子束     

自组装InAs/GaAs量子点材料和量子点激光器

利用分子束外延技术和Stranski_Krastanow生长模式 ,系统研究了In(Ga)As GaAs,InAlAs AlGaAs GaAs,In(Ga)As InAlAs InP材料体系应变自组装量子点的形成和演化 .通过调节实验条件 ,可以对量子点的空间排列及有序性进行控制 ,并实现了InP衬底上量子点向量子线的渡越 .研制出激射波长λ =96 0nm ,条宽 1 0 0 μm ,腔长 80 0 μm的InAs GaAs量子点激光器 ,室温连续输出功率大于 1W ,室温阈值电流密度 2 1 8A cm2 ,0 .5 3W室温连续工作寿命超过 30 0 0h .     

AlInGaN合金的发光机制研究

用变温光致发光谱和时间分辨光谱研究了AlInGaN合金的发光机制.实验结果表明,发光强度随时间并不是呈指数衰减关系,而可以用伸展指数哀减函数来描述,表明材料中存在明显的无序.形成这种无序的原因是In组分不均产生的微结构(如量子点).伸展指数衰减函数中弥散指数β不仅不随温度变化,在250K也不随辐射能量变化,表明载流子的弥散过程由局域态之间的跳跃所主导.进一步实验表明局域态在250K时仍然表现出零维特性.     

离子能量和沉积温度对离子束沉积碳膜表面形貌的影响

利用质量分离的低能离子束沉积技术,得到了非晶碳膜.所用离子能量为50—200eV,衬底温度从室温到800℃.在沉积的能量范围内,衬底为室温时薄膜为类金刚石,表面非常光滑;而600℃下薄膜主要是石墨成分,表面粗糙.沉积能量大于140eV,800℃时薄膜表面分立着高度取向的、垂直衬底表面、相互平行的开口碳管.用高分辨电子显微镜看到了石墨平面的垂直择优取向,离子的浅注入和应力是这种优先取向的主要机理. 关键词： 非晶碳 表面形貌 质量分离低能离子束     

缓冲层厚度对MOCVD法生长GaN外延薄膜性能的影响

本文研究了低温GaN(LT-GaN)缓冲层表面形貌,其随厚度的变化规律及对随后生长GaN外延膜各项性能的影响.用场发射扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)研究LT-GaN缓冲层表面形貌,发现随着厚度的增加,其表面由疏松、粗糙变得致密、平整,六角GaN小晶粒的数量减少,且取向较为一致.用X光双晶衍射(XRD)、AFM和Hall测量研究1μm厚本征GaN外延薄膜的结晶质量、表面粗糙度、背底载流子浓度和迁移率等性能,发现随着LT-GaN缓冲层厚度的增加:XRD的半高宽FWHMs增大,表面粗糙度先减小后又略有增大,背底载流子浓度则随之减少,而迁移率的变化则不明显.通过分析进一步确认LT-GaN缓冲层的最优生长时间.