MOCVD生长Si衬底上HT-AlN缓冲层低生长压力对GaN薄膜的影响

采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术在Si（111）衬底上外延GaN薄膜,对高温AlN（HT-AlN）缓冲层在小范围内低生长压力（6.7~16.6 kPa）条件下对GaN薄膜特性的影响进行了研究。研究结果表明GaN外延层的表面形貌、结构和光学性质对HT-AlN缓冲层的生长压力有很强的的依赖关系。增加HT-AlN缓冲层的生长压力,GaN薄膜的光学和形貌特性均有明显改善,当HT-AlN缓冲层的生长压力为13.3 kPa时,得到无裂纹的GaN薄膜,其（002）和（102）面的X射线衍射峰值半高宽分别为735 arcsec和778 arcsec,由拉曼光谱计算得到的张应力为0.437 GPa,原子力显微镜（AFM）观测到表面粗糙度为1.57 nm。     

利用MOCVD在r面蓝宝石上生长的α面GaN中两步AlN缓冲层的优化

采用两步AlN缓冲层(一层低温AlN和一层高温AlN)在r面蓝宝石衬底上生长了非极性的α面GaN,并利用高分辨X射线衍射和光致荧光谱对所生长的材料进行了研究.两步AIN缓冲层在我们之前的工作中已被证明比单步高温AlN或低温GaN缓冲层更有利于减小材料各向异性和提高晶体质量,本文进一步优化了两步AlN缓冲层的结构,并得到...     

利用MOCVD在r面蓝宝石上生长的α面GaN中两步AlN缓冲层的优化

采用两步AlN缓冲层(一层低温AlN和一层高温AlN)在r面蓝宝石衬底上生长了非极性的α面GaN,并利用高分辨X射线衍射和光致荧光谱对所生长的材料进行了研究.两步AIN缓冲层在我们之前的工作中已被证明比单步高温AlN或低温GaN缓冲层更有利于减小材料各向异性和提高晶体质量,本文进一步优化了两步AlN缓冲层的结构,并得到了各向异性更小,晶体质量更好的α面GaN薄膜.分析表明,两步AlN缓冲层中的低温AlN层在减小各向异性中起着关键作用.低温AlN层能抑制了优势方向(c轴)的原子迁移,有利于劣势方向(m轴)的原子迁移,从而减小了Al原子在不同方向迁移能力的差异,并为其后的高温AlN缓冲层和GaN层提供"生长模板",以得到各向异性更小、晶体质量更好的α面GaN材料.     

YBCO薄膜微结构的表征

用X射线衍射技术和扫描电镜详细表征了生长在Y-ZrO₂(YSZ)衬底上YBa₂Cu₃O_7-σ(YBCO)薄膜的微结构.结果发现,采用Eu₂CuO₄(ECO)做缓冲层,可以提高YBCO薄膜的质量,而不改变其超导性能.     

MOCVD生长的GaN单晶膜透射光谱研究

采用MOCVD技术在Al2O3(0001)衬底上生长了GaN薄膜，使用透射光谱、光致发光光谱和X射线双晶衍射三种技术测试了五类GaN薄膜样品，实验结果表明：GaN薄膜透射谱反映出的GaN质量与X射线双晶衍射测量的结果一致，即透射率越大，半高宽越小，结晶质量越好；而X射线双晶衍射峰半高宽最小的样品，其PL谱的带边峰却很弱，这说明PL谱反映样品的光学性能与X射线双晶衍射获得的结晶质量不存在简单的对应关系，同时还报导了一种特殊工艺生长的高阻GaN样品的RBS／沟道结果。     

GaN基异质结缓冲层漏电分析

通过对GaN基异质结材料C-V特性中耗尽电容的比较,得出AlGaN/GaN异质结缓冲层漏电与成核层的关系.实验结果表明,基于蓝宝石衬底低温GaN成核层和SiC衬底高温AlN成核层的异质结材料比基于蓝宝石衬底低温AlN成核层异质结材料漏电小、背景载流子浓度低.深入分析发现,基于薄成核层的异质结材料在近衬底的GaN缓冲层中具有高浓度的n型GaN导电层,而基于厚成核层的异质结材料的GaN缓冲层则呈高阻特性.GaN缓冲层中的n型导电层是导致器件漏电主要因素之一,适当提高成核层的质量和厚度可有效降低GaN缓冲层的背景载流子浓度,提高GaN缓冲层的高阻特性,抑制缓冲层漏电. 关键词： AlGaN/GaN异质结 GaN缓冲层 漏电 成核层     

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。     

Mg+注入对GaN晶体辐射损伤的研究

在蓝宝石衬底上通过金属有机物化学气相沉积(metal-organic chemical vapor deposition，MOCVD)方法外延生长的GaN薄膜具有良好的结晶品质，χ_min达到2.00%. 结合卢瑟福背散射/沟道(Rutherford backscattering/channeling，RBS/C)和高分辨X射线衍射(high-resolution X-ray diffraction，HXRD)的实验测量，研究了不同剂量和不同角度Mg⁺注入GaN所造成的辐射损伤. 实验结果表明，随注入剂量的增大，晶体的辐射损伤也增大，注入剂量在1×10¹⁵atom/cm²以下，χ_min小于4.78%，1×10¹⁶atom/cm²是Mg⁺注入GaN的剂量阈值，超过这个阈值，结晶品质急剧变差，χ_min达到29.5%；随机注入比沟道注入的辐射损伤大，且在一定范围内随注入角度的增大，损伤也增大，在4×10¹⁵atom/cm²剂量下偏离〈0001〉沟道0°，4°，6°，9°时的χ_min(%)分别为6.28，8.46，10.06，10.85；经过700℃/10min+1050℃/20s两步退火和1000℃/30s高温快速退火后，晶体的辐射损伤都有一定程度的恢复，而且1000℃/30s高温快速退火的效果更好，晶体的辐射损伤可以得到更好的恢复. 关键词： GaN 卢瑟福被散射/沟道 高分辨X射线衍射 辐射损伤     

用SiCl4-H2低温沉积多晶硅薄膜微结构的Raman分析

用拉曼散射谱研究以SiCl4 H2 为气源 ,用射频辉光放电等离子体增强化学气相沉积技术 ,在 2 0 0℃低温下沉积多晶硅薄膜的微结构特征 .结果表明 ,薄膜表层包含有大量微晶相的纳米硅晶粒和非晶相的硅聚合物 ,随射频功率增加 ,晶相结构的成分增大 .另一方面 ,深度拉曼谱分布的研究也显示薄膜的晶化度和晶粒尺度随纵向深度的增加逐渐增大 .因此可以认为 ,在多晶硅薄膜生长的最初阶段 ,空间反应过程对低温晶化起重要作用 .     

硬脂酸镉和山嵛酸镉混合LB膜的微结构

用X射线衍射研究了沉积于亲水玻璃基底上的硬脂酸镉和山嵛酸镉多层混合LB膜的微区结构和相分离情况．纯的脂肪酸镉衍射峰没有在混合LB膜的XRD谱图中出现,说明混合膜中形成的微区很小而且均匀分布．混合膜样品的面间距随硬脂酸镉和山嵛酸镉混合比例的变化形成一条台阶状的曲线,这表明在它们比例变化的过程中,只形成了三种有序的结构,而且每一种结构,特别是长短链交错的微结构,可以在一定的比例范围内保持;另外,在长短链交错的微结构中,两种脂肪酸长链具有相同的偏离膜平面法线方向的小倾角,这也可由它们傅立叶红外透射谱中表征脂肪酸长链分子取向的亚甲基CH2相同的峰位2847.80和2914.37 cm-1(对应于CH2对称和反对称伸缩振动)得到说明．当混合比例超出1/5?1/1,混合膜将会经历一个纵向有序度降低的过程,表现为混合膜相对X射线衍射强度随混合比例以\W"形变化．     

SiC衬底上外延GaN:Mg材料特性研究

利用扫描电子显微镜、拉曼散射光谱和光致发光谱对在SiC衬底上采用MOCVD异质外延的GaN:Mg薄膜特性进行研究发现：除了一部分Mg原子替代Ga原子呈现受主性外，大部分Mg原子以间隙原子状态（Mg_i）存在，并且在缺陷或者位错处大量聚集引起薄膜张力应力减小，薄膜在降温过程中由于应力不均匀会在部分区域内出现大量的裂纹；Mg的掺杂会加剧GaN无序化程度，致使薄膜质量变差；而室温下的PL谱测量表明蓝带发光由DAP（深施主—浅受主）复合引起，其中D为Mg_GaV_{N 关键词： GaN∶Mg 异质外延 扫描电子显微镜 拉曼散射 光致发光谱}     

MOCVD生长GaN:Si单晶膜的研究

获得高质量的ｎ型ＧａＮ单晶膜是制作ＧａＮ基光电子器件的关键之一。采用立式ＭＯＣＶＤ系统生长ＧａＮ：Ｓｉ单晶膜,通过优化生长工艺,获得了电子载流于浓度高达２ ×１０１９ｃｍ－３,迁移率达１２０ｃｍ２／Ｖ·ｓ的ｎ型ＧａＮ：Ｓｉ单晶膜;并有效地抑制了ＧａＮ中由深能级引起的黄带发射,大大提高带边发光强度。研究结果还表明：随着Ｓ掺杂量的增大,ＧａＮ：Ｓｉ单晶膜的电子载流于浓度增加,迁移率下降,Ｘ光双晶衍射峰半高宽增大。首次报道了随掺Ｓ量增大,ＧａＮ：Ｓｉ单晶膜的生长速率显著下降的现象。     

The influence of substrate etched on the quality of GaN epilayers

We report the growth of GaN epilayers on the sapphire substrate etched by MOCVD. Sapphire substrate is etched by H₃PO₄ and NaOH. The Raman scattering spectroscopy and photoetching analyses show that the substrate etched can effectively decrease the residual stress and the dislocations density in these epilayers. The X-ray diffraction analysis shows the process can reduce the value of the FWHM. Therefore, the quality of GaN epilayers should be improved by substrate etched.     

Characterization of GaN layers grown on silicon-on-insulator substrates

In this study, we report growth and characterization of GaN layers on (1 0 0)- and (1 1 1)-oriented silicon-on-insulator (SOI) substrates. Using metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) technique, GaN layers are grown on KOH treated Si (1 0 0) overlayers of thin SIMOX SOI substrates. Growth of GaN on such surface with an AlN buffer leads to c-axis orientated textured GaN. This is evident from high-resolution X-ray diffraction (HRXRD) measurement, which shows a much broader rocking curve linewidth. Significantly enhanced photoluminescence (PL) intensity and partial stress relaxation is observed in GaN layers grown on these SOI substrates. Furthermore, GaN grown on (1 1 1)-oriented bonded SOI substrates shows good surface morphology and improved optical quality. Micro-Raman, micro-PL, and HRXRD measurements reveal single crystalline hexagonal GaN oriented along (0 0 0 1) direction. We also report growth and characterization of InGaN/GaN multi-quantum well structures on (1 1 1)-oriented bonded SOI. Such an approach to realize nitride epilayers would be useful to fabricate GaN-based micro-opto-electromechanical systems (MOEMS) and sensors.     

注碳GaN的拉曼散射谱研究

本文研究了离子注入碳的GaN材料的Raman光谱。观察到离子注入碳的GaN在800℃退火后其拉曼光谱在1350和1600cm-1处出现两个峰。分析指出它们很可能分别来自GaN的CN和C=C局域伸缩振动。     

The influence of SixNy interlayer on GaN film grown on Si(111) substrate

A method to drastically reduce dislocation density in a GaN film grown on an Si(111) substrate is newly developed. In this method, the Si_xN_y interlayer which is deposited on an AlN buffer layer in situ is introduced to grow the GaN film laterally. The crack-free GaN film with thickness over 1.7 micron is grown on an Si(111) substrate successfully. Synthesized GaN epilayer is characterized by X-ray diffraction (XRD), atomic force microscope (AFM), and Raman spectrum. The test results show that the GaN crystal reveals a wurtzite structure with the <0001> crystal orientation and the full width at half maximum of the X-ray diffraction curve in the (0002) plane is as low as 403 arcsec for the GaN film grown on the Si substrate with an Si_xN_y interlayer. In addition, Raman scattering is used to study the stress in the sample. The results indicate that the Si_xN_y interlayer can more effectively accommodate the strain energy. So the dislocation density can be reduced drastically, and the crystal quality of GaN film can be greatly improved by introducing Si_xN_y interlayer.     

MOCVD生长的GaN和GaN:Mg薄膜的拉曼散射

通过显微拉曼散射对用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在Al2O3衬底上生长的六方相CaN和掺Mg的P型GaN薄膜进行了研究。在两个样品的拉曼散射谱中同时观察到位于640,660cm^-1附近的两个峰。640cm^-1的峰归因于布里渊区边界(L点)最高声学声子的二倍频,而660cm^-1的峰为布里渊区边界的光学声子支或缺陷诱导的局域振动模。掺Mg的GaN在该处的峰型变宽是Mg诱导的缺陷引起的加宽或Mg的局域模与上述两峰叠加的结果。在掺Mg的样品中还观察到276,376cm^-1几个局域模并给予了解释。同时掺Mg的GaN中出现了应力弛豫的现象,掺Mg引起的失配位错和电子-声子相互作用都有可能对E2模的频率产生影响。     

Photoluminescence characteristics of GaN：Si

Both the electrical and optical properties are studied of the GaN：Si films with carrier concentrations ranging from 10^17cm^-3 to 10^19cm^-3.rhe results indicate that the increase in slope of carrier concentration starts to slow down when the flow rate of SiH4 is larger than 6.38μmol/min, which is attributed to the amphoteric character of Si. At the same time, the photoluminescence results show that the FWHM of UV is widened,which can be interpreted quantitatively with a semi-classic model. Furthermore, the intensity ratio between the yellow and the UV luminescences reduces monotonically with Si dopants increasing.