N型4H-SiC同质外延生长

利用水平式低压热壁CVD (LP-HW-CVD) 生长系统,台阶控制生长和衬底旋转等优化技术,在偏晶向的4H-SiC Si(0001) 晶面衬底上进行4H-SiC同质外延生长,生长温度和压力分别为1550℃和10⁴ Pa,用高纯N₂作为n型掺杂剂的4H-SiC原位掺杂技术,生长速率控制在5μm/h左右.采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM),傅里叶变换红外光谱(FTIR)和Hg/4H-SiC肖特基结构对同质外延表面形貌、厚度、掺杂浓度以及均匀性进行了测试.实验结果表明,4H-SiC同质外延在表面无明显缺陷,厚度均匀性1.74%, 1.99% 和1.32%(σ/mean),掺杂浓度均匀性为3.37%,2.39%和2.01%.同种工艺条件下,样品间的厚度和掺杂浓度误差为1.54%和3.63%,有很好的工艺可靠性. 关键词： 4H-SiC 同质外延生长 水平热壁CVD 均匀性     

单晶金刚石边缘表面倾斜角度对同质外延生长的影响

利用微波等离子体化学气相沉积法,对单晶金刚石(100)晶面边缘进行精细切割抛光处理,形成偏离(100)晶面不同角度的倾斜面,在CH_4/H_2反应气体中进行同质外延生长,研究单晶金刚石边缘不同角度倾斜面对边缘金刚石外延生长的影响.实验结果表明,边缘倾斜面角度对边缘的单晶外延生长质量有影响,随着单晶金刚石边缘倾斜面角度的增大,边缘多晶金刚石数量先减少后增多,在倾斜角3.8°时边缘呈现完整的单晶外延生长特性.分析认为,边缘不同角度的倾斜面会改变周围电场强度和等离子体密度,导致到达衬底表面的含碳前驱物发生改变,倾斜面台阶表面的含碳前驱物浓度低于能形成层状台阶生长的临界浓度是减弱单晶金刚石生长过程中边缘效应的主要原因.     

H2载气流量对AlN缓冲层生长的影响

在Si(111)衬底上用金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备生长了AlN和GaN薄膜。采用高分辨X射线衍射、椭圆偏振光谱仪和原子力显微镜研究了AlN缓冲层生长时的载气(H2)流量变化对GaN外延层的影响。椭圆偏振仪测试表明:相同生长时间内AlN的厚度随着H2流量的增加而增加,即H2流量增加会导致AlN生长速率的提高。原子力显微镜测试表明:随着H2流量的增加,AlN表面粗糙度也呈上升趋势。XRD测试表明:随着AlN生长时的H2流量的增加,GaN的(0002)和(1012)峰值半宽增大,即螺型穿透位错密度和刃型穿透位错密度增加。可能是由于AlN缓冲层的表面形貌较差,导致GaN的晶体质量有所下降。实验结果表明:采用较低的H2流量生长AlN缓冲层可以控制AlN的生长速率,在一定程度上有助于提高GaN的晶体质量。     

Ga束流低温辅助清理GaAs衬底表面氧化物的研究

采用低流量Ⅲ族Ga束流在分子束外延中低温辅助清理GaAs衬底表面氧化物.采用高能电子衍射监控衬底表面氧化物清理过程并得出氧化物清理速率及氧化层对高能电子的吸收系数.根据清理速率对衬底温度依赖的Arrhenius关系,估算了Ga辅助清理过程中发生化学反应所需要的活化能.Ga束流辅助清理衬底表面氧化物技术在外延生长中具有实...     

金属有机物化学气相沉积同质外延GaN薄膜表面形貌的改善

为了获得高质量的GaN薄膜材料,研究了金属有机物气相沉积系统中GaN插入层对GaN衬底同质外延层表面宏观缺陷和晶体质量的影响.研究发现,插入层生长温度是影响GaN同质外延膜表面形貌和晶体质量的关键因素.由于生长模式与插入层生长温度相关,随着插入层生长温度的降低,外延膜生长模式由准台阶流模式转变为层状模式,GaN同质外延膜表面丘壑状宏观缺陷逐渐减少,但微观位错密度逐渐增大.通过对插入层温度和厚度的优化,进一步调控外延层的生长模式,最终有效降低了外延层表面的宏观缺陷,获得了表面原子级光滑平整、位错密度极低的GaN同质外延膜,其X射线衍射摇摆曲线(002),(102)晶面半峰宽分别为125arcsec和85arcsec,表面粗糙度均方根大小为0.23nm.     

Si面4H-SiC衬底上外延石墨烯近平衡态制备

SiC热解法是制备大面积、高质量石墨烯的理想选择之一.外延石墨烯的晶体质量仍是制约其应用的关键因素之一.本文通过SiC热解法在4H-SiC(0001)衬底上制备单层外延石墨烯.通过引入氩气惰性气氛和硅蒸气,使SiC衬底表面的Si原子升华与返回概率接近平衡,外延石墨烯生长速率大大减慢,单层石墨烯的生长时间从15 min延长至75 min.测试分析表明,生长速率减慢,外延石墨烯中缺陷减少,晶体质量提高,使得外延石墨烯的电性能都得到改善,单层外延石墨烯的最高载流子迁移率达到1200 cm2/V·s,方阻604?/.以上结果表明,控制生长气氛,减慢生长速率是实现高质量外延石墨烯的可行途径之一.     

在6H-SiC衬底上用低压MOVPE法生长AlN和GaN的过程中用(AlN/GaN)多层缓冲层来控制残余应力

人们已提出用BAlGaN四元系材料制备紫外光谱区的光发射器件.GaN和AlN二元系是这种四元材料在器件应用中的基础材料.6H-SiC衬底在氮化物生长中因其晶格失配小是一大优势,而且SiC衬底的热膨胀系数也和AlN的很接近.然而,对于AlN外延层来说,需要控制其中的残余应力,因为在SiC衬底上直接生长的AlN外延层中存在着因晶格失配所产生的压缩应力.另一方面,在SiC衬底上直接生长的GaN外延层中存在着拉伸应力.这种拉伸应力起源于GaN比衬底有着更大的热膨胀系数.本文讨论了在6H-SiC衬底上生长的氮化物外延层中残余应力的类型、数量及控制.为此目的,提出了在6H-SiC衬底上,无论是生长AlN,还是生长GaN,都可以采用(GaN/AlN)多层缓冲层的办法,作为控制残余应力的有效方法.我们还讨论了AlN和GaN外延层的结晶质量和残余应力间的关系.     

HVPE反应器的环形分隔进口数对生长均匀性的影响

利用FLUENT软件对3种环形分隔进口(4环、8环、12环)的氢化物气相外延(HVPE)反应器的生长均匀性进行了二维数值模拟研究。分别考虑输运模型和输运-生长模型,模拟过程保持相同的GaCl、NH3及N2气体进口流量。结果显示:在只考虑输运的模型中,反应室流动均匀性随着进口环数的增多而改善。8环进口时,衬底上方温度分布最均匀;4环进口时,衬底上方的GaCl浓度较高,但均匀性最差,Ⅴ/Ⅲ比也较低;8环及12环进口可得到均匀的GaCl浓度分布及较高的Ⅴ/Ⅲ比。在包括输运和GaN生长的模型中,尽管8环进口反应器衬底上方的GaCl浓度低于12环进口反应器,却因其较薄的边界层厚度而导致较高的生长速率,并且生长均匀性较高。因此,8环进口反应室更有利于GaN的HVPE生长。     

In液滴在GaAs(001)表面扩散行为的研究

量子点的物理与光电性质主要依赖于其尺寸及密度参数,而量子点的密度、高度等参数又控制着原子在衬底上的成核行为。本文采用液滴外延法在GaAs(001)表面生长金属In液滴,研究了In液滴的扩散运动与衬底温度和沉积速率之间的关系,研究发现,随着衬底温度的升高和沉积速率的降低,In液滴尺寸增大密度却降低。通过得到的实验数据,拟合关于In液滴密度与衬底温度和沉积速率的曲线,分析了量子环的生长机制,并根据原子的表面迁移行为,进一步分析其表面原子扩散机理。     

3C-SiC薄膜反向外延生长工艺的研究

本文采用低压化学气相淀积(LPCVD)技术,以甲烷CH4作为反应碳气体源,氢气H2作为稀释气体,将两者混合后,在n型Si(111)衬底上反向外延生长n型3C-SiC薄膜。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(RAM)及扫描电子显微镜(SEM)对生长的3C-SiC薄膜进行测试和分析。对比在相同的反应温度下,不同的热处理方式对生长的3C-SiC薄膜质量的影响,进一步探讨SiC薄膜反向外延生长工艺的改进方法。结果表明,较慢的降温速率能够生长出质量较高的3C-SiC薄膜。     

硒化锌的气相外延生长

采用改进的气相外延法在(100)GaAs衬底上外延生长了ZnSe单晶膜。最大生长速率为每小时10μm左右。淀积过程的激活能为10kcal/mol。在77K的温度下测量了外延膜的光致发光,4460Å附近可以观察到很强的蓝色发射。外延膜的电阻率～1.1Ω·cm。     

Growth rate characteristics and photoluminescence properties of ZnTe in MOVPE system

The effects of total gas flow rate and transport rate of source materials on the growth rate of ZnTe layers grown on the (1 0 0) ZnTe substrates by atmospheric pressure metal organic vapor phase epitaxy have been investigated. The growth rate increases with the square root of the gas flow rate and then it deviates from this tendency with increasing total gas flow rate. The growth rate shows a sublinear increase with increasing the transport rate of the II or VI group source. From the results of photoluminescence property, it is found that epitaxial layers of good quality can be obtained under the growth regime in between mass transport and surface kinetic reaction ones.     

Current-voltage characteristics simulation and analysis of 4H-SiC metal-semiconductor-metal ultraviolet photodetectors

The current-voltage (I-V) characteristics of 4H-SiC metal-semiconductor-metal (MSM) ultraviolet pho-todetector with different finger widths and spacings, different carrier concentrations and thicknesses of n-type epitaxial layer are simulated. The simulation results indicate that the dark current and the pho-tocurrent both increase when the finger width increases. But the effect of finger width on the dark current is more significant. On the other hand, the effect of finger spacing on the photocurrent is more significant. When the finger spacing increases, the photocurrent decreases and the dark current is almost changeless. In addition, it is found that the smaller the carrier concentration of n-type epitaxial layer is, the smaller the dark current and the larger the photocurrent wiU be. It is also found that I-V characteristics of MSM detector also depend on the epitaxial layer thickness. The dark current of detector is smaller and the photocurrent is larger when the epitaxial layer thickness is about 3 μm.     

国产SiC衬底上利用AIN缓冲层生长高质量GaN外延薄膜

采用高温AlN作为缓冲层在国产SiC衬底上利用金属有机物化学气相外延技术生长GaN外延薄膜.通过优化AlN缓冲层的生长参数得到了高质量的GaN外延薄膜,其对称(0002)面和非对称(1012)面X射线衍射摇摆曲线的半峰宽分别达到130 arcsec和252 arcsec,这是目前报道的在国产SiC衬底上生长GaN最好的...     

Ti,N共掺杂4H-SiC复合增强缓冲层生长及其对PiN二极管正向性能稳定性的改善

"双极型退化"现象严重阻碍了4H-SiC双极型器件如PiN二极管等的产品化,其微观机理是电子-空穴复合条件下层错由基面位错处的扩展.为遏制"双极型退化"现象,不仅要消除漂移层中的基面位错,还需要通过生长复合增强缓冲层的方法阻止少子空穴到达含高密度基面位错片段的外延层/衬底界面.本文采用钛、氮共掺杂的方式进行缓冲层的生长...     

Influence of silicon cluster on epitaxial growth of silicon carbide

Precursor concentration dependences of growth rate, doping concentration and surface morphology have been investigated in the epitaxial growth of 4H-SiC(0001) epilayers with horizontal hot-wall CVD system using various precursor concentrations under constant C/Si ratio. Form the experimental data it is found that silicon cluster which is formed through gas phase nucleation plays an important role in controlling the doping concentration and epitaxial growth rate of the silicon carbide. It was observed that t...     

正轴6H-SiC 衬底上3C-SiC薄膜的低压化学气相沉积生长

活性的O-和OH-被认为在苯酚形成过程中起了重要作用．通过低压化学气相沉积，在正轴6H-SiC(0001)衬底上沉积了3C-SiC薄膜，X射线衍射表明薄膜结晶质量良好．研究了生长参数对生长速率的影响，发现硅烷及其分解产物的输运是薄膜生长的限定因素．用原子力显微镜观察薄膜的表面形貌．这些结果表明薄膜的生长符合S-K方式．     

Influence of laser-ablation plume dynamics on the room-temperature epitaxial growth of CeO2 on silicon

High-quality epitaxial CeO₂ thin films were obtained on Si(001) buffered with a yttria-stabilised zirconia layer by pulsed laser deposition. Although the best structural properties were achieved at high substrate temperature, high-quality epitaxy was obtained even at room temperature. Epitaxial growth at low temperature is promoted by the high kinetic energy of particles reaching the substrate. The oxygen pressure and target-substrate distance had a strong influence on the crystallographic structure and surface morphology in low-temperature deposition. This behaviour is attributed to a change in the kinetic energy of the particles, which was evaluated from the plasma expansion velocity determined by an intensified CCD camera. If a shock wave forms, a minimum substrate temperature of 550 °C is necessary for epitaxial growth.