InGaN/GaN多量子阱蓝光LED外延片的变温光致发光谱

利用MOCVD在Al_2O_3(0001)衬底上制备InGaN/GaN MQW结构蓝光LED外延片。以400 mW中心波长405 nm半导体激光器作为激发光源,采用自主搭建的100～330 K低温PL谱测量装置,以及350～610 K高温PL测量装置,测量不同温度下PL谱。通过Gaussian分峰拟合研究了InGaN/GaN MQW主发光峰、声子伴线峰、n-GaN黄带峰峰值能量、相对强度、FWHM在100～610 K范围的温度依赖性。研究结果表明:在100～330 K温度范围内,外延片主发光峰及其声子伴线峰值能量与FWHM温度依赖性,分别呈现S与W形变化;载流子的完全热化分布温度约为150 K,局域载流子从非热化到热化分布的转变温度为170～190 K;350～610 K高温范围内,InGaN/GaN MQW主发光峰峰值能量随温度变化满足Varshni经验公式,可在MOCVD外延生长掺In过程中,通过特意降温在线测PL谱,实时推算掺In量,在线监测外延片生长。以上结果可为外延片的PL发光机理研究、高温在线PL谱测量设备开发、掺In量的实时监测等提供参考。     

MOCVD外延生长原位光致发光谱测量方法

为了实现MOCVD外延生长过程中的PL谱原位测量.利用经过特殊改造的M680红外测温石英光学探针、分支石英光纤、半导体激光器、光谱仪、OD值为6的单波陷波滤光片,在THOMAS SWAN CCS型MOCVD反应室上实现了Si(111)衬底GaN基InGaN/GaN MQW外延生长过程原位PL谱测量.研究结果表明:该原位PL谱测量系统,能够实现激发光的导人、PL谱信号的收集、反射激光及杂散光的过滤;当温度降低至600℃以下时,MOCVD反应室内红外辐射对PL测量的影响可以忽略;该原位PL谱测量方法可推广至Al2O3衬底外延生长.该研究可为MOCVD原位PL谱测量设备开发提供参考.     

MOCVD反应室无镓无铝环境的获得及重要性分析

“回熔”依然是GaN-on-Si光电器件发展到今天的主要难题,严重影响量产的稳定性与器件的可靠性.当前“多腔+ AlN模板”生长法能避免镓回熔,但仍然无法解决“铝回熔”.本文从AlN微粒的来源,AlN生长动力学,AlN微粒引起Si衬底表面“台阶流”的局部畸变,晶格继承等方面全面分析无镓无铝环境重要性.通过对三款主流商用MOCVD进行比较分析,参考AIXTRON MOCVDG5氯气在线清洗工艺,对THOMAS SWAN CCS MOCVD气路进行改造,设计非钎焊耐氯7片机喷头,缩短喷淋头与石墨基座间距离,获得无镓无铝环境.该结果是有效研究回熔机制的基础,监测并控制反应室内的镓铝粉尘环境,有望从理论及机理上推动GaN-on-Si电子器件迈上新台阶.     

一种用于MOCVD石墨盘的红外测温装置

根据MOCVD (metal organic chemical vapor deposition)在线红外测温的发展需要,结合Thomas Swan CCS MOCVD反应室的结构特征,考虑加热比调节空烧过程的特定条件,设计了一种能够在线监测MOCVD石墨盘上表面温度及径向19个点温度分布的简易940 nm红外测温装置。通过安装于光学视窗上方的红外探头,探测高温石墨盘及外延片的红外辐射强度,根据Planck黑体辐射公式及光谱发射率修正进行测温。红外测温装置主要由可读数轨道、红外探头、连接板以及精密平移台4部分组成。将该装置应用于MOCVD Si(111)衬底上制备InGaN/GaN多量子阱(MQW)结构外延片加热程序的空烧过程,结果表明:最低能够测量的温度为430℃,700℃~850℃测量误差在2.3℃内,900℃~1 100℃测量误差在1℃内,700℃~1 100℃范围内,重复性均在0.6℃内,无需反射率修正、探孔有效面积校准;能稳定工作。