刻蚀AlN缓冲层对硅衬底N极性n-GaN表面粗化的影响

研究了等离子体刻蚀AlN缓冲层对硅衬底N极性n-GaN表面粗化行为的影响. 实验结果表明, 表面AlN缓冲层的状态对N极性n-GaN的粗化行为影响很大, 采用等离子体刻蚀去除一部分表面AlN缓冲层即可以有效提高N极性n-GaN在KOH溶液中的粗化效果, AlN缓冲层未经任何刻蚀处理的样品粗化速度过慢, 被刻蚀完全去除AlN缓冲层的样品容易出现粗化过头的现象. 经X射线光电子能谱分析可知, 等离子体刻蚀能够提高样品表面AlN缓冲层Al 2p的电子结合能, 使得样品表面费米能级向导带底靠近, 原子含量测试表明样品表面产生了大量的N空位, N空位提供电子, 使得材料表面费米能级升高, 这降低了KOH溶液和样品表面之间的肖特基势垒, 从而有利于表面粗化的进行. 通过等离子体刻蚀掉表面部分AlN缓冲层, 改善了N极性n-GaN在KOH溶液中的粗化效果, 明显提升了对应发光二级管器件的出光功率.     

SiC/AlN上外延GaN薄膜的黄带发光与晶体缺陷的关系

利用室温光致发光(PL)技术研究了在6HSiC(0001)上用金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)外延生长的GaN薄膜“黄带”发光(YL)特点,与扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)技术得到的GaN薄膜的表面形貌质量和内部结晶质量的结果相对照,表明“YL”发光强度与GaN薄膜的扩展缺陷多少直接相对应通过二次离子质谱(SIMS)技术获取的GaN薄膜中Ga元素深度分布揭示出镓空位(V_Ga)最可能是“YL”发光的微观来源分析认为,虽然宏观扩展缺陷(丝状缺陷、螺形位错等)和微观点缺陷V_Ga及其与杂质的络合物(complexes)都表现出与“YL”发射密切相关,但V_Ga及其与杂质的络合物更可能是“YL”发射的根本微观来源室温下获得的样品“YL”发射强度和光谱精细结构可用于分析GaN薄膜缺陷和晶体质量.     

AlGaN插入层对6H-SiC上金属有机物气相外延生长的GaN薄膜残余应力及表面形貌的影响

研究了具有不同台阶数目的AlGaN插入层对在6H-SiC衬底上利用金属有机物气相外延（MOVPE）生长的GaN体材料残余应力和表面形貌的影响.高分辨率X射线衍射测试表明样品的c轴晶格常数随台阶数目的增多而增大;低温光荧光谱中GaN发光峰也随着台阶数目增多而发生蓝移,这些变化都反映出GaN中残余张应力的减小.此外,原子力显微镜测试表明样品表面起伏和粗糙度也都随着插入层的引入和台阶数目的增多得到了明显的改善. 关键词： 残余应力 表面形貌 SiC衬底 AlGaN插入层     

AlN插入层对a-AlGaN的外延生长的影响

采用有机金属化学气相沉积(MOCVD)在r面蓝宝石衬底上生长a-AlGaN外延膜,研究了AlN插入层对a-AlGaN外延膜的应力和光学性质的影响。根据高分辨X射线衍射(HRXRD)技术和扫描电子显微镜(SEM)我们可以得到,AlN插入层有效地提高了a-AlGaN外延膜的晶体质量并减小了外延膜材料结构的各向异性。由拉曼光谱得到AlN插入层的引入减小了a-AlGaN外延膜的面内压应力,其原因是AlN插入层可以当作衬底有效的调制与减小a-AlGaN外延膜与r面蓝宝石衬底的晶格失配,从而使a-AlGaN的面内应力得到适当释放。对室温下的光致发光进行测量得到AlN插入层的使用使近带边发射峰(NBE)发生了红移,这可能是由于残余应力的减小引起。     

p-GaN插入层调控InGaN基黄绿双波长LED发光光谱

采用MOCVD技术在硅衬底上生长了含有7个黄光量子阱和1个绿光量子阱的混合有源区结构的InGaN基黄绿双波长LED外延材料,研究了电子阻挡层前p-GaN插入层厚度对黄绿双波长LED载流子分布及外量子效率(EQE)的影响。通过LED变温电致发光测试系统对LED光电性能进行了表征。结果表明,100 K小电流时随着电流密度的增大,三组样品的绿光峰与黄光峰相对强度的比值越来越大,且5.5 A·cm^-2的电流密度下,随着温度从300 K逐步降低至100 K,三组样品的绿光峰与黄光峰相对强度的比值也越来越大,说明其载流子都在更靠近p型层的位置发生辐射复合。三组样品的p-GaN插入层厚度为0,10,30 nm时,EQE峰值依次为29.9%、29.2%和28.2%,呈现依次减小的趋势,归因于p-GaN插入层厚度越大,p型层越远离有源区,空穴注入也越浅。电子阻挡层前p-GaN插入层可以有效减小器件EL光谱中绿光峰随着电流密度增加时峰值波长的蓝移(33 nm),实现了对低温发光光谱的调控。     

等离子增强原子层沉积低温生长AlN薄膜

采用等离子增强原子层沉积技术在单晶硅基体上成功制备了AlN晶态薄膜, 利用椭圆偏振仪、原子力显微镜、小角掠射X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、 X射线光电子能谱仪对样品的生长速率、表面形貌、晶体结构、薄膜成分进行了表征和分析, 结果表明, 采用等离子增强原子层沉积制备AlN晶态薄膜的最低温度为200 ℃, 薄膜表面平整光滑, 具有六方纤锌矿结构与(100)择优取向, Al_2p与N_1S的特征峰分别为74.1 eV与397.0 eV, 薄膜中Al元素与N元素以Al-N键相结合, 且成分均匀性良好. 关键词： 氮化铝 等离子增强原子层沉积 低温生长 晶态薄膜     

硅衬底GaN基LED薄膜芯片的应力调制

将Si衬底GaN基LED外延薄膜经晶圆键合、去硅衬底等工艺制作成垂直结构GaN基LED薄膜芯片,并对其进行不同温度的连续退火,通过高分辨X射线衍射(HRXRD)研究了连续退火过程中GaN薄膜芯片的应力变化。研究发现:垂直结构LED薄膜芯片在160~180℃下退火应力释放明显,200℃时应力释放充分,GaN的晶格常数接近标准值。继续升温应力不再发生明显变化,GaN薄膜的晶格常数只在标准晶格常数值附近波动。扫描电子显微镜给出的bonding层中Ag-In合金情况很好地解释了薄膜芯片应力的变化。     

磁控反应溅射AlN缓冲层对GaN基LED器件性能的影响

以直流磁控反应溅射法(RMS)在图形化蓝宝石衬底上制备的AlN薄膜作为缓冲层,采用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)外延生长了GaN基LED。与MOCVD生长的低温GaN缓冲层相比,RMS制备的AlN缓冲层具有表面更平整、颗粒更小的形核岛,有利于促进GaN外延的横向生长,减少了形核岛合并时的界面数量和高度差异,降低了缺陷和位错产生的几率。研究结果表明,溅射AlN缓冲层取代传统低温GaN缓冲层后,外延生长的GaN材料具有更高的晶体质量,LED器件在亮度、漏电和抗静电能力等光电特性上均有明显提升。     

AlN缓冲层对Si基GaN外延薄膜性质的影响

采用金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）方法制备了不同AlN缓冲层厚度的GaN样品,研究了AlN缓冲层厚度对GaN外延层的应力、表面形貌和晶体质量的影响。研究结果表明：厚度为15 nm的AlN缓冲层不仅可以有效抑制Si扩散,而且还给GaN外延层提供了一个较大的压应力,避免GaN薄膜出现裂纹。在该厚度AlN缓冲层上制备的GaN薄膜表面光亮、无裂纹,受到的张应力为0.3 GPa,（0002）和（1012）面的高分辨X射线衍射摇摆曲线峰值半高宽分别为536 arcsec和594 arcsec,原子力显微镜测试得到表面粗糙度为0.2 nm。     

Effects of GaN cap layer thickness on an AlN/GaN heterostructure

In this study, we investigate the effects of GaN cap layer thickness on the two-dimensional electron gas (2DEG) electron density and 2DEG electron mobility of AlN/GaN heterostructures by using the temperature-dependent Hall measurement and theoretical fitting method. The results of our analysis clearly indicate that the GaN cap layer thickness of an AlN/GaN heterostructure has influences on the 2DEG electron density and the electron mobility. For the AlN/GaN heterostructures with a 3-nm AlN barrier layer, the optimized thickness of the GaN cap layer is around 4 nm and the strained a-axis lattice constant of the AlN barrier layer is less than that of GaN.     

Molecular dynamics simulations of AlN deposition on GaN substrate

ABSTRACT

In this work, we investigated the deposition of AlN film on GaN substrate by using molecular dynamics (MD) simulations. The effects of GaN substrate surface, growth temperature, and injected N: Al flux ratio on the growth of AlN film were simulated and studied. Consequently, the deposited AlN film on the (0001) Ga-terminated GaN surface achieves better surface morphology and crystallinity than that on the (000-1) N-terminated GaN surface due to the different diffusion ability of Al and N adatoms on two GaN surfaces. Furthermore, with the increase of growth temperature, the surface morphology and crystallinity of AlN film were improved owing to the enhanced mobility of adatoms. At the optimised injected N: Al flux ratio of 1, comparatively good surface morphology and crystallinity of deposited AlN films were realised. This method lays a foundation for the follow-up real-time study of defects and stress evolution of AlN on GaN and can be applied to film growth of other materials.     

蓝宝石表面处理对氮化镓薄膜的影响

采用化学方法腐蚀c-面蓝宝石衬底,以形成一定的图案;利用LP-MOCVD在经过不同腐蚀时间的蓝宝石衬底上外延生长GaN薄膜。采用高分辨率双晶X射线衍射（DCXRD）、三维视频光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）进行分析。结果表明,对蓝宝石衬底腐蚀50min情况下,外延生长的GaN薄膜晶体质量最优,其（0002）面上的XRD 半峰全宽为202.68arcsec,（10-12）面上的XRD 半峰全宽为300.24arcsec;其均方根粗糙度（RMS）为0.184nm。     

高温AlN插入层对AlGaN/GaN异质结材料和HEMTs器件电学特性的影响

研究了在GaN缓冲层中插入40 nm厚高温AlN层的GaN外延层和AlGaN/GaN异质结材料, AlN插入层可以增加GaN层的面内压应力并提高AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）的电学特性. 在精确测量布拉格衍射角的基础上定量计算了压应力的大小. 增加的压应力一方面通过增强GaN层的压电极化电场, 提高了AlGaN/GaN异质结二维电子气（2DEG）面密度, 另一方面使AlGaN势垒层对2DEG面密度产生的两方面影响相互抵消. 同时, 这种AlN插入层的采用降低了GaN与AlGaN层之间的 关键词： 高温AlN插入层 AlGaN/GaN异质结 二维电子气 应力     

Influence of AlN buffer layer thickness on structural properties of GaN epilayer grown on Si (111) substrate with AlGaN interlayer

We present the growth of GaN epilayer on Si (111) substrate with a single AlGaN interlayer sandwiched between the GaN epilayer and AlN buffer layer by using the metalorganic chemical vapour deposition. The influence of the AlN buffer layer thickness on structural properties of the GaN epilayer has been investigated by scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical microscopy and high-resolution x-ray diffraction. It is found that an AlN buffer layer with the appropriate thickness plays an important role in increasing compressive strain and improving crystal quality during the growth of AlGaN interlayer, which can introduce a more compressive strain into the subsequent grown GaN layer, and reduce the crack density and threading dislocation density in GaN film.     

SiON钝化膜对硅衬底氮化镓绿光LED可靠性的影响

研制了4种不同表面钝化类型Si衬底GaN基绿光LED,分别标记为样品A、B、C、D.样品A无钝化层,样品B为台面SiON钝化,样品C为侧面SiON钝化,样品D为台面和侧面均钝化.将4种样品进行了常温60 mA(电流密度312 A/cm2)下168 h的加速老化,并对比了老化前后的I-V和光衰等特性.结果表明:侧边的Si...     

AlN/蓝宝石模板上生长的GaN研究

研究了在分子束外延制备的AlN/蓝宝石模板上采用金属有机物化学气相外延生长的非故意掺杂GaN的材料性质.采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和原子力显微镜研究了AlN模板的晶体质量和表面相貌对GaN的影响.结果表明,当AlN的表面粗糙度较小时,尽管AlN模板的位错密度较高((102)面XRD ω扫描半高全宽900—1500 arcsec),但生长得到的GaN依然具有和在蓝宝石衬底上采用"二步法"生长的GaN可比拟的晶体质量((002)面XRD ω扫描半高全宽200—30 关键词： 氮化镓 氮化铝 金属有机物化学气相外延     

硅衬底生长的InGaN/GaN多层量子阱中δ型硅掺杂n-GaN层对载流子复合过程的调节作用

为了解决在单晶硅衬底上生长的InGaN/GaN多层量子阱发光二极管器件发光效率显著降低的问题,使用周期性δ型Si掺杂的GaN取代Si均匀掺杂的GaN作为n型层释放多层界面间的张应力。采用稳态荧光谱及时间分辨荧光谱测量,提取并分析了使用该方案前后的多层量子阱中辐射/非辐射复合速率随温度（10~300 K）的变化规律。实验结果表明引入δ-Si掺杂的n-GaN层后,非辐射复合平均激活能由（18±3）meV升高到（38±10）meV,对应非辐射复合速率随温度升高而上升的趋势变缓,室温下非辐射复合速率下降,体系中与阱宽涨落有关的浅能级复合中心浓度减小,PL峰位由531 nm左右红移至579 nm左右,样品PL效率随温度的衰减受到抑制。使用周期性δ型Si掺杂的GaN取代Si均匀掺杂的GaN作为生长在Si衬底上的InGaN/GaN多层量子阱LED器件n型层,由于应力释放,降低了多层量子阱与n-GaN界面、InGaN/GaN界面的缺陷密度,使得器件性能得到了改善。     

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。