Occurrence and elimination of in-plane misoriented crystals in AIN epUayers on sapphire via pre-treatment control

AlN epilayers are grown directly on sapphire （0001） substrates each of which has a low temperature AlN nucleation layer. The effects of pretreatments of sapphire snbstrates, including exposures to NH3/H2 and to H2 only ambients at different temperatures, before the growth of AlN epilayers is investigated. In-plane misoriented crystals occur in N-polar AlN epilayers each with pretreatment in a H2 only ambient, and are characterized by six 60°-apart peaks with splits in each peak in （1012） phi scan and two sets of hexagonal diffraction patterns taken along the [0001] zone axis in electron diffraction. These misoriented crystals can be eliminated in AlN epilayers by the pretreatment of sapphire substrates in the NH3/H2 ambient. AlN epilayers by the pretreatment of sapphire substrates in the NH3/H2 ambient are Al-polar. Our results show the pretreatments and the nucleation layers are responsible for the polarities of the AlN epilayers. We ascribe these results to the different strain relaxation mechanisms induced by the lattice mismatch of AlN and sapphire.     

氮化铝单晶薄膜的ECR PEMOCVD低温生长研究

采用电子回旋共振等离子体增强金属有机物化学气相沉积（ECR－PEMOCVD）技术,在c轴取向的蓝宝石即α Al2O3（0001）衬底上,以氮化镓（GaN）缓冲层和外延层作为初始层,分别以高纯氮气（N2）和三甲基铝(TMAl)为氮源和铝源低温生长氮化铝（AlN）薄膜.并利用反射高能电子衍射（RHEED）、原子力显微镜（AFM）和x射线衍射（XRD）等测量结果,研究了氢等离子体清洗、氮化和GaN初始层对六方AlN外延层质量的影响,从而获得解理性与α Al2O3衬底一致的六方相AlN单晶薄膜,其XRD半高宽为1关键词：AlN氢等离子体清洗氮化GaN     

AlN微晶棒的的制备及光致发光性能研究

采用直流电弧放电方法,在无催化剂的条件下直接氮化Al合成纤锌矿结构的AlN微晶棒。分别利用拉曼光谱仪（Raman）、扫描电子显微镜（SEM）和光致发光（PL）谱等测试手段对所制备样品进行表征和发光性能的研究。结果表明：所制备的AlN微晶棒长度约为30μm,直径约为10μm。在AlN微晶棒的PL谱中,有两个主要发光峰,中心在430nm的发射源于V_N和（V_Al-O_N）^2-构成的深施主-深受主对缺陷发光,中心在650nm的发射源于V_Al形成的深受主能级到价带的缺陷发光。在激发波长由270nm逐渐增大到300nm的过程中发现,AlN微晶棒波长在430nm处的发光峰先增强后减弱,在激发波长为285nm时强度最大;650nm处的发光峰随激发波长增大而逐渐增强。

     

Cu掺杂的AlN铁磁性和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论（DFT）的总体能量平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似（GGA）,对Cu掺杂AlN 32原子超原胞体系进行了几何结构优化,计算了Cu掺杂AlN的晶格常数,能带结构,电子态密度和光学性质.结果表明,Cu掺杂AlN会产生自旋极化状态,能带结构显示半金属性质,掺杂后带隙变窄,长波吸收加强,能量损失明显减小.同传统的稀磁半导体（DMS）相比,Cu掺杂AlN不会有铁磁性沉淀物的问题,因为Cu本身不具有磁性.因而,Cu掺杂的AlN也许是一种非常有前途的稀磁半导体.关键词：AlN第一性原理铁磁性光学性质     

Cr掺杂浓度对AlN半金属性影响的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理方法, 在广义梯度近似(GGA)下计算了掺杂过渡金属Cr原子后AlN晶体自旋极化的能带结构、分态密度等性质. 结果表明, 半金属能隙随着掺杂浓度的增大而减小. 文中以掺杂浓度为12.5%的Cr-AlN(2×2×1)为例, 分析了其自旋极化的能带结构、分态密度和磁矩等性质, 发现Cr-3d电子对自旋向下子带导带底的能量位置起决定作用. 随着掺杂浓度的增大, Cr原子间相互作用增强, Cr-3d能带向两边展宽, 导致自旋向下子带导带底的能量位置下降, 从而半金属能隙变窄.     

采用N2-RF等离子体氮化GaAs(001)

研究了在MBE系统中,GaAs(001)表面的氮化过程。GaAs(001)表面直接和间接地暴露在等离子体激发的N₂气流下。两种氮化过程显示了完全不同的表面氮化结果。在打开N₂发生器挡板的情况下,氮化导致GaAs(001)表面损伤,并且形成多晶结构。当增加N₂气压时,损伤变得更严重。但是,在关闭N₂发生器挡板的情况下,在500℃下,经过氮化将观察到(3×3)再构的RHEED花样,表面仍保持原子级的平整度。上述结果表明,不开N₂发生器挡板,低温(500℃下)氮化将在GaN外延生长之前形成平整的薄层c-GaN。     

MgO衬底NbN/AlN/NbN多层膜的制备

本文主要讨论磁控溅射设备制备的NbN/AlN/NbN三层结构的技术工艺,为制备All-NbN的 NbN/AlN/NbN SIS 隧道结作准备.我们在室温下利用直流磁控溅射工艺制备了单晶NbN薄膜,并对其超导电性做了初步的研究;又利用射频磁控溅射工艺制备了取向较好的AlN薄膜.我们利用磁控溅射方法制作NbN/AlN/NbN多层薄膜,然后对制备SIS隧道结进行了一些探索.     

NbN/AlN/NbN超导隧道结的制备工艺

研究了在MgO基片上制备NbN/AlN/NbN结的工艺,NbN和AlN的制备分别采用直流磁控溅射和交流磁控溅射。为了得到良好特性的隧道结,首先要在高真空反应室里沉积三层膜结构,经过光刻和反应离子刻蚀,得到底电极和桥区的三层结构图形。再经过第二步光刻和刻蚀,仅保留底电极最下层的NbN,得到结区的三层结构图形,并覆盖AlN绝缘层。经过Lift-off工艺,洗去结区上的光刻胶,最后沉积上电极。使用四端子方法对制备的隧道结进行了一系列测量,特别是在高频(THz)下的响应。     

AlN缓冲层对ZnO薄膜质量的影响

采用脉冲激光沉积法以AlN为缓冲层在Si(100)衬底上制备了ZnO薄膜,并测量了样品的XRD谱、SEM图和PL谱.结果表明,AlN缓冲层可以提高Si衬底上外延生长ZnO薄膜的晶体质量.改变缓冲层的生长温度(50～500 ℃)所制备样品的测量结果表明,较低温度下生长的AlN缓冲层有利于制备高质量的ZnO外延层薄膜,其中AlN缓冲层生长温度为100 ℃时外延生长ZnO薄膜晶体质量最好.     

Si掺杂AlN的电子结构和光吸收

基于密度泛函理论第一性原理的平面波超软赝势法,研究了Si掺杂纤锌矿AlN的电子结构和光吸收性质。结果表明:杂质能级位于导带底附近,与Al3p能级复合形成导带底,使系统发生Mott相变;Si掺杂后在2.02eV附近出现新的吸收峰,从而改善系统在可见光区的吸收特性。     

Be, O共掺杂实现p型AlN的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了掺杂和非掺杂AlN体系的晶格参数、 能带结构、总体态密度、分波态密度、差分电荷分布及电荷集居数.计算结果表明: Be掺杂AlN晶体能够在能隙中形成深受主能级,空穴载流子局域于价带顶, 而引入了激活施主O原子的Be, O共掺杂方法,能使受主能带变宽、非局域化特征明显. 同时,受主能级向低能方向移动,形成了浅受主能级, 从而提高了Be原子的掺杂浓度和系统的稳定性. Be, O共掺杂更有利于获得p型AlN.     

Temperature-controlled growth and photoluminescence of AlN nanowires

By varying the substrate temperature in the range of 800-1000 °C, the conditions for the synthesis of AlN nanowires were optimized. Al powders were heated under flowing ammonia gas. The samples were characterized by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and photoluminescence (PL) spectroscopy. Based on the absence of tip particles, the growth mechanism of AlN nanowires was considered to follow a vapor-solid process. The overall intensity of the PL spectra was increased by increasing the synthesis temperature, whereas their shapes were changed by varying the synthesis temperature. The associated emission mechanisms are discussed.     

Features of formation of channels during laser treatment of AlN ceramics

Using electron microscopy and X-ray microanalysis, the formation of tracks by laser processing of AlN:Y₂O₃ ceramic surfaces was investigated. The main process of channel formation is the decomposition of aluminum nitride (AlN). Due to aluminothermic reduction of Y₂O₃, the metallization of channel surfaces occurs. The main products of ablation are Al₂O₃, AlN, and AlON.     

MgO(111)上NbN和AlN薄膜的生长研究

在制备NbN/AlN/NbN隧道结的工艺过程中,为了获得具有优质单晶结构的NbN薄膜,我们在MgO(111)基片上探索了直流溅射法制备NbN薄膜的生长工艺条件,XRD研究分析表明,我们获得了单晶结构良好的NbN薄膜;为了支持作为上电极的NbN薄膜的生长,也需要良好的AlN薄膜用作势垒层,我们采用射频磁控溅射设备和纯净的Al靶对AlN薄膜进行了制备研究.实验结果表明,所获得的AlN薄膜具有六方c-轴取向,并讨论了衬底和薄膜界面处可能的结构情况.