MOCVD法在蓝宝石衬底上生长GaN薄膜的性能研究

本文采用MOCVD法分别在a面和c面蓝宝石衬底上生长出7层InGaN/GaN多量子阱结构的GaN薄膜,采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱仪、吸收光谱等手段对样品进行表征.分析表明:a面蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜(样品A)的FWHM为781.2 arcsec,c面蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜(样品B)的FWHM为979.2 arcsec.样品A和样品B中存在的压应力分别为0.8523 GPa和1.2714 GPa,薄膜的能带宽度(理论值为3.4 eV)分别为3.38 eV和3.37 eV.以上数据表明a面蓝宝石衬底上生长出来GaN薄膜的结晶质量较好,光学性能更优异.     

TMIn流量对GaN基蓝光LED外延薄膜的影响

以蓝宝石(Al2O3)为衬底,采用有机金属化学气相沉积(MOCVD)技术生长InGaN/GaN多量子阱结构.本文通过调整外延生长过程中三甲基铟(TMIn)流量,研究了TMIn流量对InGaN/GaN多量子阱结构的合金组分、晶体质量和光学性质的影响.本文采用高分辨X射线衍射(HRXRD)、原子力显微镜(AFM)和光致发光(PL)测试表征其结构和光学性质.HRXRD测试结果表明,随TMIn流量增加,"0"级峰与GaN峰之间角偏离增大,更多的In并入薄膜中.HRXRD与AFM表征结果表明:增大TMIn流量会导致外延薄膜中的位错密度增大,V形坑数量增加,晶体质量严重恶化;PL测试结果表明,随着TMIn流量增加,发光强度逐渐降低,半高宽增大,这是由于晶体质量恶化所导致.因此严格控制铟源流量对于改善量子阱薄膜的晶体质量与光学性质有着至关重要的作用.     

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.     

AlGaN成核层对SiC衬底外延GaN薄膜应力及缺陷影响的研究

研究了成核层生长条件对SiC衬底上GaN薄膜晶体质量和剩余应力的影响.采用AlGaN成核层并提高其生长温度,能明显降低SiC衬底上GaN外延层的缺陷密度和剩余应力.GaN薄膜的高分辨XRD摇摆曲线(0002)和(10-12)面的半峰宽达到161 arcsec和244 arcsec,拉曼频移达到567.7 cm-1.成核层的原子力显微镜结果显示GaN薄膜的晶体质量随着成核岛密度的降低而提高.     

GaN基三维结构生长与器件应用

目前,c面氮化镓(GaN)基发光二极管的制备技术已经十分成熟并取得了商业化成功,但仍面临极化电场导致的大电流密度下效率下降(Droop效应)和黄绿光波段效率低的问题.为消除极化电场的影响,人们开始关注半极性和非极性面GaN.其中,基于传统极性面衬底通过三维结构生长来获得半极性和非极性GaN的方法,由于其低成本和生长的灵活性,受到了广泛研究.本文首先总结了三种GaN三维结构的制备方法并分析其生长机理.接着,在此基础上介绍了不同晶面InGaN量子阱的外延生长和发光特性.最后,列举了GaN基三维结构在半极性面LED、颜色可调LED和无荧光粉白光发光二极管方面的应用.     

非极性GaN薄膜及其衬底材料

本文分析了在不同衬底上生长无极性GaN薄膜的情况,这些衬底主要包括γ-LiAlO2、r面蓝宝石等.通常在蓝宝石上制备的GaN外延膜是沿c轴生长的,而c轴是GaN的极性轴,导致GaN基器件有源层量子阱中出现很强的内建电场,发光效率会因此降低,发展非极性面外延,有望克服这一物理现象,使发光效率提高.     

激发功率密度和阱层厚度对极化InGaN/GaN多量子阱光致发光性能的影响

用MOCVD技术在c面蓝宝石衬底上生长了具有不同阱层厚度的InGaN/GaN多量子阱结构,研究了阱层厚度和激发功率密度对多量子阱光致发光(PL)性能的影响.结果表明,随着激发功率密度的增加,PL的峰值波长会出现不同程度的蓝移,且阱层越厚,蓝移的越明显.PL的峰值波长随着激发功率密度和阱厚的变化关系可以用光生载流子对极化场的屏蔽效应和带隙填充效应来解释.阱最薄的样品(1.8 nm)由于其极化效应最弱,电致发光谱具有最高的发光强度,但其发光波长较短仅有430 nm.     

SiC衬底上生长的GaN外延层的高分辨X射线衍射分析

通过高分辨X射线衍射(HRXRD)技术,对金属有机化合物气相外延(MOCVD)生长的GaN外延膜及SiC衬底的相对取向,晶格常数和应力情况,位错密度等进行了分析.分析表明,GaN和SiC具有一致的a轴取向,GaN外延层弛豫度超过90;,GaN外延层的晶格常数与体块材料相近,在GaN中存在压应力,SiC衬底和GaN外延层中的位错密度分别为107和108量级.     

蓝宝石基GaN薄膜热疲劳分析

首先建立了数值模型分析工作中LED芯片的界面剪应力,根据线性累积损伤理论、GaN薄膜和Al2O3衬底的S-N曲线及随季节变化的载荷谱,确定了GaN薄膜的疲劳损伤系数.分析了温度载荷、芯片尺寸、衬底和薄膜厚度对薄膜热疲劳的影响.GaN薄膜和Al2 O3衬底的S-N曲线为单对数线性关系.LED芯片应力谱分析表明夏季交变应力载荷最大,春秋次之,冬季最小.GaN薄膜剪应力数值和理论解相差6.3;,建立的数值模型可用于LED芯片疲劳寿命分析.LED芯片寿命主要由GaN薄膜决定.GaN薄膜的最大剪应力和疲劳损伤系数随薄膜厚度和温度载荷增加,与芯片尺寸和衬底厚度无关,衬底的疲劳损伤系数不随上述因素变化.数值模型预测LED芯片疲劳寿命接近标称的LED灯具寿命.     

在Si和GaAs衬底上分子束外延CdTe的晶格应变

本文利用高分辨率多重晶多重反射X射线衍射技术对分子束外延CdTe(211)B/ Si(211)与CdTe(211)B/GaAs(211)B材料的CdTe外延薄膜进行了倒易点二维扫描,并通过获得的倒易点二维图,对CdTe缓冲层的应力和应变状况进行了分析.研究显示,对于一定厚度的CdTe外延薄膜,在从生长温度280℃降至室温20℃的过程中,由于和衬底存在热膨胀系数的差异,将在外延薄膜中产生热应力,使外延薄膜发生应变,并且这种应变取代了失配应变,在晶格畸变中占据主导地位.对于Si衬底,热应变表现为张应力;对于GaAs衬底,热应变表现为压应力.该研究结果对于进一步优化在大失配的异质衬底上外延同Hg1-xCdxTe材料晶格匹配的Cd1-yZnyTe材料的Zn组分具有指导意义.     

金刚石表面化学镀铜的研究

为了改善金刚石与金属基体的润湿性,利用化学镀的方法在金刚石粉体表面成功的进行了镀铜,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试手段研究了pH值及添加剂对镀层的组织、形貌及镀速的影响.结果表明:当镀液的pH值低于10.5时,镀速几乎为零,没有反应发生;pH值在10.5～12.5时,镀速随pH值的增大而增大,XRD图谱中开始有铜的衍射峰出现,且衍射峰随pH值的增大而增强;pH值大于12.5时,镀速开始随pH值增大而下降,衍射峰开始随pH值增大而减弱.当pH值为11时,金刚石基体有裸漏现象,镀层较薄;pH值为12时,镀层表面较为致密、结合较好、有一定厚度且包覆严实;pH值为13时,镀层开始变得粗糙,有卷边、起皮及脱落现象.当向镀液中分别添加适量的亚铁氰化钾及二联吡啶时,能够提高镀液的稳定性,两种添加剂对铜的化学沉积都有阻化作用,降低铜的沉积速率,使镀层光亮致密.     

氨气浓度对碳纳米管生长影响的研究

利用等离子体增强化学气相沉积系统,用CH4、NH3和H2为反应气体,在沉积有100nm厚Ta过渡层和60nm厚NiFe催化剂层的Si衬底上制备了碳纳米管,并用扫描电子显微镜研究了它们的生长和结构.结果表明当氨气浓度为20;、40;和60;时,碳纳米管的平均长度分别为3.88μm、4.52μm和6.79μm,而其平均直径变化不大,均在240nm左右.最后,分析讨论了氨气浓度对碳纳米管生长和结构的影响.     

PZT基反铁电材料研究进展

在综述Pb(Zr,Ti)O3(PZT)基反铁电材料的研制与性能研究进展的基础上,重点探讨了PZT95/5反铁电材料和在PZT基础上掺杂改性的Pb(Zr,Sn,Ti)O3(PZST),(Pb,La)(Zr,Sn,Ti)O3 (PLZST)反铁电材料.总结了利用La3+、Nb4+、Hf4+、Sr2+、Ba2+和Nd3+等离子对富锆PZT以及PZST粉体、陶瓷以及薄膜材料的掺杂取代改性研究.讨论了各类PZT基反铁电材料的铁电(FE)-反铁电(AFE)相变机理以及其场致应变性能.展望了PZT基反铁电材料今后研究与应用的发展方向.     

人造金刚石表面电镀镍工艺研究

采用电镀工艺对人造金刚石表面镀镍.用扫描电镜及X射线衍射方法表征不同增重率的电镀金刚石的形貌和物相;用金刚石单颗粒抗压强度测定仪测试不同增重率的单颗金刚石的抗压强度.结果表明:电镀镍金刚石表面粗糙度随镀层增重率的增大而增大;400℃处理30 min的电镀镍金刚石样品较未热处理样品的XRD图谱中,金刚石和镍均出现了峰位蓝移的现象;通过电镀方法制得的不同增重率的电镀镍金刚石样品,平均抗压强度较未镀镍金刚石有很大提高,且平均抗压强度随镀层增重率的增大而增大,经400℃处理30 min的电镀镍金刚石平均抗压强度比未热处理的电镀镍金刚石也有略微增大.     

电场对氧化镍电子结构的影响

采用超软赝势电子平面波密度泛函理论的方法研究了立方相氧化镍不同外电场下的电子结构.结果表明,立方相氧化镍的晶格参数和对称性保持不变,共价键的成分增强;体系总能在外电场下增大;其间接带隙宽度在外电场下减小.费米能级附近的态密度和电子浓度在外电场下有增大的趋势.电场作用下,立方相氧化镍价带顶的电子有效质量增大,Ni的d态贡献电子能力减弱,O的p态贡献电子能力有所增强,Ni-O结合键强度增大.     

退火处理对DKDP晶体光学均匀性的影响研究

分别对不同生长速度的DKDP晶体进行了退火处理.结果表明,适当温度的退火处理能有效地提高晶体的光学均匀性,尤其是对快速生长的晶体质量提高更为显著.在实验温度范围内,退火温度越高,质量改善越明显.对退火机理进行了初步讨论.     

组分挥发对CBO晶体生长影响研究

非线性光学晶体CsB3O5(简称CBO)在生长过程中,原料组分的挥发影响了单晶的生长.本文利用XRD,DTA等手段对挥发物的成分进行表征,结果表明挥发物的主要成分是Cs2O,并探讨了原料组分的挥发对结晶状况的影响,以期探索和优化晶体生长工艺.     

固化剂对磷酸盐粘结剂固化行为的影响研究

本文以H3PO4和Al(OH)3为原料制备磷酸铝粘结剂,探讨了不同固化剂ZnO、CuO、Cr2O3对其固化行为的影响.采用XRD、邵氏硬度仪、TG-DSC等分析手段研究了磷酸盐粘结剂的物相组成、硬度、吸湿率及其固化机理等.结果表明:当P/Al摩尔比为3∶1.3时,磷酸铝粘结剂的理论固化温度为262℃,固化后产物为AlH2P3O10·H2O.固化剂的加入可以有效地缩短固化时间和提高涂层性能,以CuO为最佳.当CuO添加量不低于8wt;时,磷酸盐粘结剂固化时间最短,为2.5 h;吸湿率最低,为4.21wt;.当CuO添加量为6wt;时,涂层硬度最大,为99.2 HA.其对应的理论固化温度为145℃,固化产物为Al4(PO4)3(OH)3·xH2O和少量的Cu4P2O9·H2O.     

介质环境对TGFB晶体生长的影响

本文精确测定了pH值在1.4～3.0,温度在300.15～319.15K范围内氟铍酸三甘肽(简称TGFB)的溶解度,拟合出溶解度与pH值的经验方程.用静态体视显微法测定了溶液的pH值,溶液中杂质离子(FeF-36,SiF2-6)浓度及表面活性剂(十二烷基磺酸钠,十六烷基三甲基溴化铵)浓度与TGFB(110)晶面生长速率的关系曲线,并进一步讨论了它们的影响机理.     

硫酸盐对KDP晶体完整性的影响

本文利用高分辨X射线衍射技术,在"点籽晶"陕速生长法基础上,研究了掺杂K2SO4对KDP晶体锥面及柱面扇形结构完整性的影响.结果表明,在5×10-5的掺杂条件下,K2SO4对KDP晶体不同扇形区域的影响略有不同,其原因主要在于[SO42-]与KDP晶体各扇形相互作用不同有关.