在蓝宝石衬底两个相反c面同时生长氮化镓薄膜的差异

运用金属有机气相外延设备 ,在蓝宝石衬底两个相反取向的 c面上同时生长六方相氮化镓薄膜 .对此进行了扫描电子显微镜、俄歇电子能谱、透射电子显微镜的分析和研究 .发现这两个薄膜有许多不同之处     

在c面蓝宝石上生长的InN外延薄膜中位错与极性的TEM研究

有关GaN和富Ga的InGaN薄膜中的位错和极性已有TEM研究，而InN和富In的InGaN薄膜却少见报道。研究InN薄膜中的缺陷和极性对生长高质量的InN薄膜很有意义。本文用TEM研究在c面蓝宝石上分子束外延生长的InN（760nm）／GaN（245nm）／AlN（14nm）薄膜中的穿透位错和极性。     

基于蓝宝石纳米图形衬底上氮化镓生长的研究

利用两步生长法在蓝宝石纳米图形衬底（NPSS）上生长得到高质量的氮化镓薄膜。通过XRD和SEM对薄膜质量的表征和研究发现,为得到高质量的氮化镓（GaN）薄膜,在NPSS上生长时得到的最优缓冲层厚度为15nm,而在微米级尺寸的图形衬底（MPSS）上得到的最优缓冲层厚度远大于15nm。同时,在NPSS上生长氮化镓薄膜的过程中观察到一个有趣的现象,即GaN在NPSS上生长的初始阶段,氮化镓晶粒主要在图形之间的平面区域生长,极少量的GaN在衬底图形的侧面上聚集生长。这一有趣的现象明显不同于GaN在MPSS上的生长过程。接着,又在NPSS上生长了GaN基LED结构,并对其光电性能进行了研究。     

r面蓝宝石衬底上采用两步AlN缓冲层法外延生长a面GaN薄膜及应力研究

采用MOCVD技术在r面蓝宝石衬底上采用两步AlN缓冲层法外延制备了a面GaN薄膜.利用高分辨X射线衍射技术和Raman散射技术分析了样品的质量以及外延膜中的残余应力.实验结果表明:样品的(1120)面的X射线双晶摇摆曲线的半峰宽仅为0.193°,Raman光谱中E2高频模的半峰宽仅为3.9cm-1,这些说明a面GaN薄膜具有较好的晶体质量;X射线研究结果表明样品与衬底的位相关系为:[11(2)0]GaN ||[1(1)02]sapphire,[0001]Gan||[(11)01]sapphire和[(11)00]GaN[11(2)0]sapphire;高分辨X射线和Raman散射谱的残余应力研究表明,采用两步AlN缓冲层法制备的a面GaN薄膜在平面内的残余应力大小与用低温GaN缓冲层法制备的a面GaN薄膜不同,我们认为这是由引入AlN带来的晶格失配和热失配的变化引起的.     

r面蓝宝石衬底上采用两步AlN缓冲层法外延生长a面GaN薄膜及应力研究

采用MOCVD技术在r面蓝宝石衬底上采用两步AlN缓冲层法外延制备了a面GaN薄膜.利用高分辨X射线衍射技术和Raman散射技术分析了样品的质量以及外延膜中的残余应力.实验结果表明:样品的(1120)面的X射线双晶摇摆曲线的半峰宽仅为0.193°,Raman光谱中E2高频模的半峰宽仅为3.9cm-1,这些说明a面GaN薄膜具有较好的晶体质量;X射线研究结果表明样品与衬底的位相关系为:[11(2)0]GaN ||[1(1)02]sapphire,[0001]Gan||[(11)01]sapphire和[(11)00]GaN[11(2)0]sapphire;高分辨X射线和Raman散射谱的残余应力研究表明,采用两步AlN缓冲层法制备的a面GaN薄膜在平面内的残余应力大小与用低温GaN缓冲层法制备的a面GaN薄膜不同,我们认为这是由引入AlN带来的晶格失配和热失配的变化引起的.     

前处理蓝宝石衬底上生长高质量GaN薄膜

采用化学方法腐蚀部分c面蓝宝石衬底,在腐蚀区域形成一定的图案,利用LP-MOCVD在经过表面处理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)、透射光谱分析GaN薄膜的晶体质量和光学质量.分析结果表明,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;对蓝宝石衬底进行前处理可以大大改善GaN薄膜的晶体质量和光学质量,其(0002)面及(1012)面XRD半高宽(FWHM)分别降低到208.80"及320.76"     

前处理蓝宝石衬底上生长高质量GaN薄膜

采用化学方法腐蚀部分c面蓝宝石衬底,在腐蚀区域形成一定的图案,利用LP-MOCVD在经过表面处理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)、透射光谱分析GaN薄膜的晶体质量和光学质量.分析结果表明,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;对蓝宝石衬底进行前处理可以大大改善GaN薄膜的晶体质量和光学质量,其(0002)面及(1012)面XRD半高宽(FWHM)分别降低到208.80"及320.76"     

预处理蓝宝石衬底上生长高质量 GaN 显示薄膜

采用化学方法腐蚀部分 c-面蓝宝石衬底,在腐蚀区域形成一定的图案,利用 LP-MOCVD 在此经过表面处理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)、光致发光光谱(PL)、透射光谱分析GaN薄膜的晶体质量和光学质量.分析结果表明,CaN 薄膜透射谱反映出的 CaN 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;对蓝宝石衬底进行前处理可以大大改善GaN薄膜的晶体质量和光学质量,其(0002)面及(1012)面XRD半高宽(FWHM)分别降低到 208.80arcsec 及 320.76arcsec,而且其光致发光谱中的黄光带几乎可以忽略.     

锥形图形衬底上氮化镓薄膜生长和表征

GaN films are grown on cone-shaped patterned sapphire substrates(CPSSs)by metal-organic chemical vapor deposition,and the influence of the temperature during the middle stage of GaN growth on the threading dislocation(TD)density of GaN is investigated.High-resolution X-ray diffraction(XRD)and cathodeluminescence(CL)wereusedtocharacterizetheGaNfilms.TheXRDresultsshowedthattheedge-typedislocation density of GaN grown on CPSS is remarkably reduced compared to that of GaN grown on conventional sapphire substrates(CSSs).Furthermore,whenthegrowthtemperatureinthemiddlestageofGaNgrownonCPSSdecreases,the full width at half maximum of the asymmetry(102)plane of GaN is reduced.This reduction is attributed to the enhancement of vertical growth in the middle stage with a more triangular-like shape and the bending of TDs.The CL intensity spatial mapping results also showed the superior optical properties of GaN grown on CPSS to those of GaN on CSS,and that the density of dark spots of GaN grown on CPSS induced by nonradiative recombination is reduced when the growth temperature in the middle stage decreases.     

Si(111)衬底无微裂GaN的MOCVD生长

采用Al N插入层技术在Si(1 1 1 )衬底上实现无微裂Ga N MOCVD生长.通过对Ga N外延层的a,c轴晶格常数的测量,得到了Ga N所受张应力与Al N插入层厚度的变化关系.当Al N厚度在7～1 3nm范围内,Ga N所受张应力最小,甚至变为压应力.因此,Ga N微裂得以消除.同时研究了Al N插入层对Ga N晶体质量的影响,结果表明,许多性能相比于没有Al N插入层的Ga N样品有明显提高     

Si基GaN薄膜的制备方法及结构表征

分别采用射频磁控溅射、热壁化学气相沉积(CVD)、电泳沉积法制备GaN薄膜。利用扫描电镜(SEM)、荧光光谱仪对样品进行结构、形貌和发光特性的分析比较。射频磁控溅射方法中,把SiC中间层沉淀到Si衬底上,目的是为了缓冲由GaN外延层和Si衬底的晶格失配造成的应力。结果证实了SiC中间层提高了GaN薄膜的质量。热壁化学气相沉积法制备GaN晶体膜时,选择H2作反应气体兼载体,有利于GaN膜的形成。电泳沉积法显示所得样品为六方纤锌矿结构的GaN多晶薄膜。结果表明:溅射法制备的GaN薄膜结晶效果好;CVD法制备时GaN薄膜应用范围广;电泳沉积法操作方便、简单易行。     

Si基氨化ZnO/Ga2O3薄膜制备GaN纳米线

利用射频磁控溅射法在Si(111)衬底上溅射ZnO中间层和Ga2O3薄膜,然后在管式炉中常压下通氨气对ZnO/Ga2O3薄膜进行氨化,高温下ZnO层在氨气气氛中挥发,而Ga2O3薄膜和氨气反应合成出GaN纳米线.X射线衍射测量结果表明利用该方法制备的GaN纳米线具有沿c轴方向择优生长的六角纤锌矿结构.利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶红外透射谱、能量弥散谱及选区电子衍射观测并分析了样品的形貌、成分和晶格结构.研究发现ZnO层的挥发有利于Ga2O3和NH3反应合成GaN纳米线.     

Si基氨化ZnO／Ga2O3薄膜制备GaN纳米线

利用射频磁控溅射法在Si(111)衬底上溅射ZnO中间层和Ga2O3薄膜，然后在管式炉中常压下通氨气对ZnO/Ga2O3薄膜进行氨化，高温下ZnO层在氨气气氛中挥发，而Ga2O3薄膜和氨气反应合成出GaN纳米线．X射线衍射测量结果表明利用该方法制备的GaN纳米线具有沿c轴方向择优生长的六角纤锌矿结构．利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶红外透射谱、能量弥散谱及选区电子衍射观测并分析了样品的形貌、成分和晶格结构．研究发现ZnO层的挥发有利于Ga2O3和NH3反应合成GaN纳米线．     

Geiger-Mode Operation of GaN Avalanche Photodiodes Grown on GaN Substrates

Ultraviolet (UV) GaN p-i-n avalanche photodiodes (APDs) on low dislocation density free-standing GaN substrates were grown and fabricated. The GaN APD showed a stable avalanche multiplication gain in a linear mode, using UV illumination. In Geiger-mode operation at room temperature with gated quenching, no after-pulsing effect was observed up to 100 kHz. The single-photon detection efficiency and dark-count probability were measured to be ${sim}$1% and ${sim} 3times 10^{- 2}$ at 265 nm, respectively.      

Si基的 RICBD法生长GaN薄膜

讨论反应离化团簇束沉积（RICBD）方法的原理和特点,利用改进的双气流方式和ZnO缓冲层技术在S i 衬底上生长GaN薄膜,并用XPS、XRD和PL对样品进行了测试分析,证实形成了良好的GaN薄膜。     

Si衬底GaN外延材料六角形缺陷分析

通过改变AlN形核层的生长温度分别在Si(111)衬底上生长了两个GaN样品,并对GaN外延材料表面的六角形缺陷进行了分析研究。通过显微镜和扫描电镜(SEM)观测发现,AlN形核层在高温下生长时,GaN材料表面会产生大量六角形缺陷。通过电子能谱(EDS)分析得出GaN六角形缺陷中含有大量的Si元素以及少量的Ga和Al元素,其中Si元素从Si衬底中高温扩散而来。在降低AlN形核层的生长温度后,GaN材料表面的六角形缺陷随之消失。表明AlN形核层在较低的温度下生长时可以有效地抑制Si衬底表面Si原子的扩散,减少外延层中由于衬底Si反扩散引起的缺陷。     

氨化Si基Ga2O3/Co薄膜合成GaN纳米线及其表征

采用磁控溅射技术先在Si衬底上制备Ga2O3/Co薄膜,然后在950"C下流动的氨气中进行氨化反应制备GaN纳米棒.应用X射线衍射、扫描电镜、傅里叶红外吸收光谱、选区电子衍射和高分辨透射电子显微镜对样品进行表征.结果表明,采用此方法得到了六方纤锌矿结构的GaN单晶纳米棒.观察发现纳米棒表面光滑.并讨论了GaN纳米棒的生长机制.     

Si衬底上外延3C-SiC薄层的XPS分析

采用 HFCVD技术 ,通过两步 CVD生长法 ,以较低生长温度 ,在 Si( 1 1 1 )和 Si( 1 0 0 )衬底上同时外延生长 3C- Si C获得成功 .生长源气为 CH4 + Si H4 + H2 混合气体 ,热丝温度约为2 0 0 0℃ ,碳化和生长时基座温度分别为 950℃和 92 0℃ ,用 X射线衍射 ( XRD)和 X射线光电子能谱 ( XPS)等分析手段研究了外延层的晶体结构、组分及化学键能随深度的变化 .XRD结果显示出 3C- Si C薄层的外延生长特征 ,XPS深度剖面图谱表明薄层中的组分主要为 Si和 C,且 Si/C原子比符合 Si C的理想化学计量比 ,其三维能谱曲线进一步证明了外延层中 Si2 p和与 Cls成键形成     

氨化Si基Ga2O3/Co薄膜合成GaN纳米线及其表征

采用磁控溅射技术先在Si衬底上制备Ga2O3/Co薄膜,然后在950"C下流动的氨气中进行氨化反应制备GaN纳米棒.应用X射线衍射、扫描电镜、傅里叶红外吸收光谱、选区电子衍射和高分辨透射电子显微镜对样品进行表征.结果表明,采用此方法得到了六方纤锌矿结构的GaN单晶纳米棒.观察发现纳米棒表面光滑.并讨论了GaN纳米棒的生长机制.     

Si衬底上外延3C-SiC薄层的XPS分析

采用HFCVD技术,通过两步CVD生长法,以较低生长温度,在Si(111)和Si(100)衬底上同时外延生长3C-SiC获得成功.生长源气为CH4+SiH4+H2混合气体,热丝温度约为2000℃,碳化和生长时基座温度分别为950℃和920℃,用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等分析手段研究了外延层的晶体结构、组分及化学键能随深度的变化.XRD结果显示出3C-SiC薄层的外延生长特征,XPS深度剖面图谱表明薄层中的组分主要为Si和C,且Si/C原子比符合SiC的理想化学计量比,其三维能谱曲线进一步证明了外延层中Si2p和与Cls成键形成具有闪锌矿结构的3C-SiC.