氮化镓单晶的液相生长

氮化镓(GaN)具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优良特性,是制作宽波谱、高功率、高效率光电子、电力电子和微电子的理想衬底材料.除气相法(包括HVPE(氢化物气相外延)、MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)、MBE(分子束外延))生长GaN单晶外,液相法(包括氨热法和助熔剂法)近几年在制备GaN单晶方面取得了较大的进展.本文介绍了氨热法和助熔剂法的生长原理、装备特点及生长习性;综述了两种液相生长方法的研究历程及研究进展,并对液相法生长GaN单晶的发展趋势及主要挑战进行了展望.     

氮化镓单晶生长研究进展

氮化镓(GaN)作为第三代宽禁带半导体核心材料之一,具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优良特性,是制作宽波谱、高功率、高效率光电子、电力电子和微电子的理想材料.受制于氮化镓单晶衬底的尺寸、产能及成本的影响,当前的GaN基器件主要基于异质衬底(硅、碳化硅、蓝宝石等)制作而成,GaN单晶衬底的缺乏已成为制约GaN器件发展的瓶颈.近年来,国内外在GaN单晶衬底制备方面取得了较大的进展.本文综述了氮化镓单晶生长的最新进展,包括氢化物气相外延法、氨热法和钠助熔剂法的研究进展,分析了各生长方法面临的挑战与机遇,并对氮化镓单晶材料的发展趋势讲行了展望.     

碱金属硫酸盐-SDS-PEG三维浓度变化对SDS的束缚胶束聚集数的影响

采用稳态荧光猝灭技术测定了三种碱金属(Li, Na或K)硫酸盐-SDS-PEG三元体系中SDS(十二烷基硫酸钠)的束缚胶束聚集数N_b, 考察了SDS浓度c、碱金属硫酸盐浓度c_e及PEG(聚乙二醇)浓度c_p变化时SDS的N_b的变化规律. 对SDS的N_b数据进行二次响应面分析, 得知SDS的N_b是c的线性增大函数、c_e的对数函数以及c_p的反比例函数, 据此对SDS的N_b实验值建立含二次交互作用项的函数表达式. 按上述表达式进行回归, 得到相应于Li₂SO₄, Na₂SO₄或K₂SO₄体系的系数a₀～a₈. 据此计算得到SDS的N_b预期值并与实验值进行比较, 其间的绝对误差在3以内, 相对误差在4%以内. 该结果为用SDS的N_b 预测表面活性剂-大分子软模板的尺寸和化学微环境、并用于调控所制备的金属纳米粒子的大小提供依据.     

Eu2+激活的Ba5-xSrx(PO4)3Cl的发光性质

采用高温固相法合成了Eu2+激活的Ba5-zSrx(PO4)3cl(x=0,1,2,3,4,5)蓝色发光粉.样品的XRD衍射光谱表明,随着Ba2+浓度的增加,衍射峰向小角度方向移动.所有样品的激发光谱都存在两个激发峰,随着Ba2+浓度的增加,两个尖峰逐渐靠近,同时激发峰强度降低,这种现象可以通过位形坐标解释.激发和发射...     

GaN体单晶的氨热生长及应力调控

采用氨热法在碱性条件下生长了GaN体单晶,SEM照片显示晶体表面有大量裂纹.用拉曼光谱测量GaN晶体的E2 (high)声子拉曼峰,结果表明晶体内部应力波动较大.通过减小温度梯度、籽晶优选及降温程序优化后,得到了无裂纹的氮化镓晶体,(002)和(102)的X射线摇摆曲线FWHM分别为48 arcsec和54 arcsec,显微拉曼光谱表明经过工艺优化后的晶体应力显著降低,应力的来源主要为生长过程中杂质的引入.     

掺杂对GaN晶体力学性能影响的研究

对GaN单晶力学性能的研究有助于解决其在生长、加工和器件应用中的开裂问题。本文围绕掺杂对GaN单晶力学性能的影响，通过纳米压痕法测试了不同掺杂类型(非掺、Si掺和Fe掺)GaN单晶的弹性模量和硬度，测试结果表明掺杂对GaN单晶的硬度有重要影响。Si掺、Fe掺GaN较非掺样品硬度有所提升，用重掺杂的氨热GaN单晶作为对照，也证明了这一结论。通过高分辨X射线衍射分析和原子力显微镜表征实验发现，晶体结晶质量、接触面积等因素对GaN单晶硬度的影响较小。对GaN表面纳米压痕滑移带长度和晶体晶格常数进行测试，结果表明，掺杂影响GaN单晶硬度的主要原因是缺陷对GaN位错增殖、滑移的阻碍作用和掺杂引起的GaN晶格常数的变化。     

氮化镓籽晶的表面损伤处理及氨热生长研究

籽晶的表面损伤会导致后续生长的晶体位错增多.为了降低籽晶表面的损伤,通常采用粗磨-精磨-抛光的多步过程处理的晶片作为籽晶,工艺步骤多、复杂,成本高.本文采用磷酸去除表面损伤层的粗磨GaN与化学机械抛光的GaN分别作为籽晶,对比了两种籽晶氨热生长后晶体表面、生长速率、结晶质量、应力状况.光学显微镜表明两种籽晶生长后晶体的表面具有相似的丘状表面.氨热法生长速率较慢,化学机械抛光籽晶生长速率略高于粗磨籽晶.X射线单晶衍射(XRD) (002)和(102)的摇摆曲线半高宽显示抛光籽晶与粗磨籽晶生长得到GaN结晶质量基本一致.Raman E2(high)频移表明抛光籽晶生长的GaN晶体接近无应力状态,粗磨籽晶生长的晶体存在较小的压应力.     

碱金属硫酸盐-十二烷基硫酸钠-聚乙二醇三元复合体系的束缚胶束特性

采用表面张力、稳态荧光猝灭和荧光分子探针技术研究了部分碱金属(锂、钠、钾)硫酸盐-十二烷基硫酸钠(Sod ium Dodecyl Su lfate SDS)-聚乙二醇(PEG)三元复合体系的聚集特性,发现加入碱金属硫酸盐后SDS仍以束缚胶束(bound m icelle)形式与PEG发生团簇化作用.表面张力实验表明,外加碱金属硫酸盐浓度c_e增加,体系的第一临界浓度c₁渐次降低,而第二临界浓度c₂略有增大,因而形成束缚胶束的浓度区间增宽;比饱和簇集量[Γ_∞]随之增大,如加入50 mmol/L硫酸锂时,[Γ_∞]增大了40%.稳态荧光猝灭实验表明,束缚胶束聚集数N_b随PEG浓度c_p线性减小,却随SDS浓度c线性增大,并呈c_e的单增函数关系;碱金属离子使N_b增大的能力按Li⁺++顺序增加,与碱金属水合离子半径减小的顺序相同.芘分子探针的荧光特性反映了束缚胶束的微环境极性随c和c_e增加而减小,随c_p增加而增大.