大失配、强极化第三代半导体材料体系生长动力学和载流子调控规律

高质量氮化镓(Ga N)材料是发展第三代半导体光电子与微电子器件的根基。大失配、强极化和非平衡态生长是Ga N基材料及其量子结构的固有特点,对其生长动力学和载流子调控规律的研究具有重要的科学意义与实用价值,受到各国科学界与产业界广泛高度重视。本文对大失配、强极化氮化物半导体材料体系外延生长动力学和载流子调控规律进行了研究,旨在攻克蓝光发光效率限制瓶颈,突破高Al和高In氮化物材料制备难题,实现高发光效率量子阱和高迁移率异质结构,制备多波段、高效率发光器件和高频率、高耐压电子器件,实现颠覆性的技术创新和应用,带动电子材料产业转型升级。     

预通三甲基铝对AlN薄膜的结构与应变的影响

采用有机金属化学气相沉积设备用两步生长法在(0001)蓝宝石衬底上制备AlN薄膜。研究了预通三甲基铝(TMAl)使衬底铝化对外延AlN的影响。利用高分辨X射线衍射(XRD)技术和扫描电子显微镜(SEM) 分析了样品的结晶质量以及外延膜中的残余应力。通过SEM观察发现,短时间的预通TMAl处理对AlN薄膜表面的影响不大;但随着预通时间的增加,表面会出现六角形的岛。通过优化TMAl的预通时间可以保护衬底被氮化有利于Al极性面AlN的生长,从而得到的Al极性面AlN表面比较平整;但是预通TMAl时间过长会使衬底表面沉积金属态铝而不容易形成平整的表面。X射线双晶摇摆曲线结果表明:样品的(0002)和(101 2)面的X射线双晶摇摆曲线的半峰宽随着预通TMAl时间的不断增加,由此得出薄膜的晶体质量不断下降。这可以解释为:预通TMAl使形成的晶核不再规则,从而在成核层形成了很多亚颗粒降低了晶体质量。进一步对XRD结果分析,我们也发现了这样的应力变化。这种应力的变化起源可以归结于内应力(岛的合并在其晶界引入的应力)与外应力(晶格失配与热失配引起的应力)共同作用的结果。     

GaN基MIS紫外探测器的电学及光电特性

制备了GaN基金属-绝缘层-半导体(MIS)结构紫外探测器,并测量了其暗电流和光谱响应。通过分析其暗电流,发现在反偏情况下,其主要电流输运机制为隧穿复合机制;在正偏情况下,随着偏压的增大,电流输运机制从隧穿机制变为空间电荷限制电流机制。光谱响应测试结果显示,该探测器在-5 V的偏压下,在315 nm处获得了最大响应度170 mA/W,探测度为2.3×10¹² cm·Hz^1/2·W^-1。此外,还研究了不同厚度I层对器件光电压的影响,结果表明,光电压受隧穿机制与漏电流机制的共同制约。     

GaN缓冲层对直流反应磁控溅射AlN薄膜的影响(英文)

通过直流磁控反应溅射制备了氮化铝(AlN)薄膜,研究了沉积条件与氮化镓(GaN)缓冲层对薄膜质量的影响。利用X-射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了AlN薄膜的晶体结构和表面形貌。XRD研究结果表明,低工作压强、短靶距和适当的氮气偏压有利于(002)择优取向的AlN薄膜沉积。随着沉积时间的增加,沉积在50 nm厚的GaN缓冲层上的AlN薄膜的(002)面的衍射峰的半高宽急剧减小,而沉积在1μm厚的GaN薄膜上的AlN薄膜的(002)面的衍射峰的半高宽几乎不变。SEM测试结果表明:在沉积的初期,沉积在1μm厚的GaN薄膜上的AlN薄膜的(002)面的晶粒大小分布比沉积在50 nm厚的GaN缓冲层上的AlN薄膜的均匀,而随着沉积时间的增加,它们的晶粒大小分布几乎趋向一致。     

Si衬底上InP纳米线的晶体结构和光学性质

采用金属有机化学气相沉积技术,利用自催化法,在Si(100)、(111)衬底上成功生长了InP纳米线。利用扫描电镜观察样品表面,在Si(100)、(111)衬底上生长的纳米线形貌相似,纳米线面密度不同。利用X射线衍射和透射电镜研究纳米线的生长取向和晶体结构,结果显示纳米线具有闪锌矿结构,生长方向〈111〉,并且具有层状孪晶结构。与InP体材料相比,纳米线的光致发光峰位蓝移,半峰全宽增大,拉曼散射TO和LO峰向低波数频移,频移随激发光功率减弱而减小。     

Enhanced deep ultraviolet emission from Si-doped AlxGa1-xN/AlN MQWs

Undoped and Si-doped AlGaN/AlN multiple quantum wells(MQWs) were grown on AlN/Sapphire templates by metalorganic phase vapor epitaxy.High-resolution x-ray diffraction measurements showed the high interface quality of the MQWs little affected by Si-doping.Room-temperature(RT) cathodoluminescence measurements demonstrated a significant enhancement of the RT deep ultraviolet emission at about 240 nm from the AlGaN/AlN MQWs by Si doping.The mechanism of the improved emission efficiency was that the Si-doping partially screens the internal electric field and thus leads to the increase of the overlap between electron and hole wavefunctions.Further theoretical simulation also supports the above results.