气流混合对生长GaN：Si膜性能影响的研究

用金必有机化学气相沉积技术在三种不同型号的反应管中生长了GaN:Si膜。通过对样品的光电及结晶性能的分析，研究了气流混合时间不同对GaN:Si膜性质的影响。结果表明：合理的Ⅲ、Ⅴ族气流混合对提高GaN:Si膜的光电及结晶性能很重要。Ⅲ、Ⅴ族气流混合太早，气流混合时间长，GaN:Si膜的黄带与发射强度之比较大，X射线双晶衍射半高宽；Ⅲ、Ⅴ族气流混合太晚，尽管可减少预反应，但气流混合不均匀，致使GaN:Si膜的发光性能及结晶性能变差。使用Ⅲ、Ⅴ族气流混合适中的反应管B生长、获得了光电及结晶性能良好的CaN:Si单晶膜。     

MOCVD生长InGaN/AlGaN双异质结构与GaN过渡层的工艺与特性

评述利用MOCVD技术在α-Al2O3衬底上生长GaN薄膜及InGaN／A1GaN双异质结(DH)结构的工艺与特性;从表面动力学观点着重讨论了GaN过渡层MOCVD生长条件(温度、气流束源等)对表面形貌、结晶形态、掺杂及其光电性能的影响。分析表明,GaN薄膜生长速率主要依赖于反应炉温度,气流束源摩尔流量速率。若生长温度太高,引起PL发光谱峰向长波侧移动;GaN缓冲层生长温度必须控制在550℃。高的V／Ⅲ双气束流比率能够抑制GaN发光谱中550nm辐射峰产生。为了获得高质量p-A1GaN、GaN层,控制生长温度和以Cp2Mg为杂质源的Mg受主掺杂量,并在N2气氛中800℃快速退火,有助于提高InGaN／AlGaN双异质结辐射复合效率。     

第三代半导体Ⅲ族氮化物的物理与工程——从基础物理到产业发展的典范

以氮化镓(GaN)为代表的Ⅲ族氮化物属于宽禁带半导体,即通常所谓"第三代"半导体材料。作为Si、Ge以及传统Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体之后的新一代半导体材料,GaN具有更大的禁带宽度、更高的击穿电场、更稳定的物理化学性质等优异特性,已经成为半导体研究极为重要的领域和国家重大研究方向。尽管Ⅲ族氮化物的晶体质量与传统半导体材料相比仍然有很大差距,但并不妨碍Ⅲ族氮化物及其量子结构在光电器件及电子器件中的广泛应用,围绕GaN及其他相关氮化物半导体的研究和开发,在物理与工程方面都具有极为特殊的意义,是基础物理研究和产业化应用结合的典范。     

δ掺杂对Si衬底GaN蓝光LED外延膜性能的影响研究

用X射线衍射方法通过不同晶面的ω扫描测试,分析了Si衬底GaN蓝光LED外延膜中n-型层δ掺杂Si处理对外延膜结晶性能的影响。报道了Si衬底GaN外延膜系列晶面的半峰全宽(FWHM)值。通过使用晶格旋转(Lattice-rotation)模型拟合,计算出样品的螺位错密度和刃位错密度。结果表明,δ掺杂Si处理后生长出的样品螺位错密度增大、刃位错密度减小,总位错密度有所减小。通过对未经δ掺杂处理和δ掺杂处理的GaN外延膜相应ω-2θ扫描半峰全宽值的比较,发现δ掺杂Si处理后生长出的样品非均匀应变较大;相应样品的LED电致发光光谱I、-V特性曲线显示δ掺杂后样品性能变好。     

MOCVD系统外延生长Ⅲ－Ⅴ族化合物时Ⅴ/Ⅲ比的计算偏差

本文分析了在生长Ⅲ-Ⅴ族半导体时MOCVD系统中反应气体的输运过程,认为进入反应室的Ⅲ族元素有机金属反应气体的数量是与MOCVD管道系统的结构以及反应气体的扩散系数有关的,并从理论上导出了计算公式。由于MOCVD系统中Ⅲ族元素反应气体的输运特点,实际的Ⅴ/Ⅲ比通小于根据目前方法所计算出的数值。此结果不仅说明生长时的Ⅴ/Ⅲ比高于固态组份比的一种原因,同时也可以解释为什么在生长同种材料时,不同研究者所报导的Ⅴ/Ⅲ比不同。这一结果有利于找出生长时的Ⅴ/Ⅲ比与固态组份间的确定关系。     

制膜技术与装置

O484.12007010582δ掺杂对Si衬底GaN蓝光LED外延膜性能的影响研究=Effect ofδ-doping on performance of GaN blue LED epi-taxial fil ms on Si substrates[刊,中]/程海英(南昌大学教育部发光材料与器件工程研究中心.江西,南昌(330047)),方文卿…//光学学报.—2006,26(8).—1269-1273用X射线衍射方法通过不同晶面的ω扫描测试,分析了Si衬底GaN蓝光LED外延膜中n-型层δ掺杂Si处理对外延膜结晶性能的影响。报道了Si衬底GaN外延膜系列晶面的半峰全宽(FWHM)值。通过使用晶格-旋转(Lattice-rotation)模型拟合,计算出样品的螺位错密…     

MOCVD系统外延生长Ⅲ－Ⅴ族化合物时Ⅴ／Ⅲ比的计算偏差

本文分析了在生长Ⅲ－Ⅴ族半导体时ＭＯＣＶＤ系统中反应气体的输运过程，认为进入反应室的Ⅲ族元素有机金属反应气体的数量是与ＭＯＣＶＤ管道系统的结构以及反应气体的扩散系数有关的，并从理论上导出了计算公式．由于ＭＯＣＶＤ系统中Ⅲ族元素反应气体的输运特点，实际的Ⅴ／Ⅲ比通小于根据目前方法所计算出的数值．此结果不仅说明生长时的Ⅴ／Ⅲ比高于固态组份比的一种原因，同时也可以解释为什么在生长同种材料时，不同研究者所报导的Ⅴ／Ⅲ比不同．这一结果有利于找出生长时的Ⅴ／Ⅲ比与固态组份间的确定关系．     

氢化物气相外延生长高质量GaN膜生长参数优化研究

系统研究了低温成核层生长时间、高温生长时的V/Ⅲ 比以及生长温度对氢化物气相外延生长GaN膜晶体质量的影响. 研究发现合适的低温成核层为后续高温生长提供成核中心, 并能有效降低外延膜与衬底间的界面自由能, 促进成核岛的横向生长; 优化的V/Ⅲ比和最佳生长温度有利于降低晶体缺陷密度, 促进横向生长, 增强外延膜的二维生长. 利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、高分辨X射线衍射、 低温光致发光谱和室温拉曼光谱对优化条件下生长的GaN外延膜进行了结构和光电特性表征. 测试结果表明, 膜表面平整光滑, 呈现二维生长模式表面形貌; (002)和(102)面摇摆曲线半高宽分别为317和343 arcsec; 低温光致发光谱中近带边发射峰为3.478 eV附近的中性施主束缚激子发射峰, 存在11 meV的蓝移, 半高宽为10 meV, 并且黄带发光强度很弱;常温拉曼光谱中E₂ (high) 峰发生1.1 cm^-1蓝移.结果表明, 优化条件下生长的GaN外延膜具有良好的晶体质量和光电特性, 但GaN 膜中存在压应力. 关键词： 氮化镓 氢化物气相外延 低温成核层     

APCVD生长碳化硅薄膜中汽相结晶过程的研究

对宽禁带半导体材料碳化硅薄膜的常压化学汽相沉积(APCVD)异质外延技术进行了讨论.在SiC薄膜的生长过程中对Si/C原子比例的控制一直是影响薄膜表面形貌和膜层掺杂浓度的重要因素.针对水平卧式反应室,分析了生长过程中气流流速分布、反应室内温度分布以及反应气体浓度分布,指出"汽相结晶"过程对薄膜生长区Si/C比例有很大影响,从而影响了碳化硅薄膜的生长速率,非常好的解释了薄膜生长过程中出现的现象.     

SiN钝化膜对Si衬底GaN基蓝光LED性能影响

利用等离子辅助化学气相沉积(PECVD)系统在垂直结构Si衬底GaN基蓝光LED芯片上生长了SiN钝化膜,并对长有钝化膜及未作钝化处理的LED在不同条件下进行了老化实验,首次研究了SiN钝化膜对垂直结构Si衬底GaN基蓝光LED可靠性的影响。实验发现:经过30mA、85℃、24h条件老化后,未作钝化处理的Si衬底GaN基蓝光LED的平均光衰为11.41%,而长有SiN钝化膜的LED平均光衰为6.06%,SiN钝化膜有效地改善了LED在各种老化条件下的光衰,另外,SiN钝化膜缓解了Si衬底GaN基蓝光LED老化过程中反向电压(Vr)的下降,但对老化后LED的抗静电击穿能力(ESD)没有明显的影响。     

在Al2O3衬底上GaN的APMOCVD生长

含氮Ⅱ一Ⅴ族化合物(包括GaN、AIN、InN和GaAIN)是直接带隙半导体材料,它们的禁带宽度可以从1.9eV到6.2eV,是目前最重要的蓝光半导体材料,不仅适合制作从可见光到紫外波段的光电器件,例如蓝光发光二极管、激光器和光电探侧器,而且可用于制作耐高温、大功率的电子器件.特别是利用APMOCVD技术在蓝宝石衬底上制备GaIV单晶膜取得突破性进展,并且制作了高亮度发光二极管后[1],Ⅱ-Ⅴ族含氮化合物半导体材料受到广泛重视.     

Si(111)衬底上生长有多缓冲层的六方GaN晶格常数计算和应变分析

利用卢瑟福背散射/沟道技术和高分辨率X射线衍射技术对在Si(111)衬底上利用金属有机化合物气相外延技术(MOVPE)生长有多缓冲层的六方GaN外延膜进行结晶品质计算、晶格常数计算和应变分析. 实验结果表明：GaN外延膜的结晶品质为χ_min=1.54%，已达到完美晶体的结晶品质(χ_min=1%—2%)；GaN外延膜的水平方向和垂直方向晶格常数分别为：a_epi＝0.31903nm，c_epi=0.51837nm，基本达到G 关键词： GaN 高分辨X射线衍射 卢瑟福背散射/沟道 弹性应变     

Si(111)衬底切偏角对GaN基LED外延膜的影响

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在具有偏角(0°~0.9°)的Si(111)衬底上生长了GaN薄膜。采用高分辨X射线衍射(HRXRD)对Si衬底的偏角进行了精确的测量,利用HRXRD、原子力显微镜(AFM)以及光致发光(PL)对外延薄膜的晶体质量、量子阱中In组分、表面形貌及光学特性进行了研究。结果表明,Si(111)衬底偏角对量子阱中的In组分、 GaN外延膜的表面形貌、晶体质量以及光学性能具有重大影响。为了获得高质量的GaN外延薄膜,衬底偏角必须控制在小于0.5°的范围内。超出该范围,GaN薄膜的晶体质量、表面形貌及光学性能都明显下降。     

氧化锌薄膜光电功能材料研究的关键问题

氧化锌薄膜光电功能材料是近年来新发展起来的研究课题,由于它在短波长光电信息功能材料方面具有潜在的应用前景而备受关注.为了开发ZnO结型光电器件,目前首先需要解决高质量ZnO单晶薄膜的外延及p型掺杂等关键问题.综合国内外的研究结果,结合我们的工作,叙述了利用多晶格匹配原理通过过渡层在Si衬底上异质外延高质量ZnO薄膜,介绍了用SiC作过渡层生长ZnO薄膜的有关问题.对ZnO的p型掺杂,分析了制备p型ZnO的困难和利用Ⅲ-Ⅴ族共掺杂方法生长p型ZnO的作用和优点.     

Al2O3衬底无催化剂生长GaN纳米线及其光学性能

采用一种绿色的等离子增强化学气相沉积法,以Al2O3为衬底, Ga金属为镓源, N2为氮源,在不采用催化剂的情况下,成功制备获得了结晶质量良好的GaN纳米线.研究表明,生长温度可显著调控GaN纳米线的形貌,当反应温度为950℃时,生长出的GaN微米片为六边形;当反应温度为1000℃时,生长出了长度为10-20μm的超长GaN纳米线.随着反应时间增加, GaN纳米线的长度增加. GaN纳米线内部存在着压应力,应力大小为0.84 GPa.同时,也进一步讨论了GaN纳米线无催化剂生长机制. GaN纳米线光致发光结果显示, GaN纳米线缺陷较少,结晶质量良好,在360 nm处有一个较为尖锐的本征发光峰,可应用于紫外激光器等光电子器件.本研究结果将为新型光电器件低成本绿色制备提供一个可行的技术方案.     

Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中的深能级杂质缺陷

本文综述了近十多年以来对Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中深能级杂质缺陷的研究工作。讨论了深能级杂质缺陷对Ⅲ-Ⅴ族化合物材料与器件的性能的重要影响。介绍了结谱法、光致发光与电子自旋共振等几种研究深中心的方法在研究Ⅲ-Ⅴ族化合物时的某些特点。评述了对砷化镓、磷化镓和磷化铟及某些Ⅲ-Ⅴ族混晶中的一些深中心所取得的研究成果。     

HVPE反应器的环形分隔进口数对生长均匀性的影响

利用FLUENT软件对3种环形分隔进口(4环、8环、12环)的氢化物气相外延(HVPE)反应器的生长均匀性进行了二维数值模拟研究。分别考虑输运模型和输运-生长模型,模拟过程保持相同的GaCl、NH3及N2气体进口流量。结果显示:在只考虑输运的模型中,反应室流动均匀性随着进口环数的增多而改善。8环进口时,衬底上方温度分布最均匀;4环进口时,衬底上方的GaCl浓度较高,但均匀性最差,Ⅴ/Ⅲ比也较低;8环及12环进口可得到均匀的GaCl浓度分布及较高的Ⅴ/Ⅲ比。在包括输运和GaN生长的模型中,尽管8环进口反应器衬底上方的GaCl浓度低于12环进口反应器,却因其较薄的边界层厚度而导致较高的生长速率,并且生长均匀性较高。因此,8环进口反应室更有利于GaN的HVPE生长。     

锑化铟的物理特性及其应用

一、引言锑化铟(InSb)是近年来引起人们极大兴趣并被广泛研究的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料。 InSb和锗(Ge)、硅(Si)相比虽是一发现较晚的半导体材料,但自从1952年惠耳克尔(Welker),首先对InSb进行研究之后,十年来对InSb各方面的性能及其应用已做了很多研究工作。这主要是因为:(1)制备高纯度InSb的工艺相对地比较简单,较容易获得其纯度比Ge、Si或其他Ⅲ-Ⅴ族半导性化合物高一、二个数量极的单晶体。(2)由于InSb具有一些显著的     

MOVPE生长氮化物四元系的热力学考虑

本文提出了一个MOVPE生长GaxAlyIn1-x-yN的膺热力学分析模型.假设此合金是由Ⅲ族元素与NH3之间反应生成的.为了计算氨分解的影响,在模型中引入了氨分解率的概念,质量守恒方程是用摩尔量来计算的.我们计算了在不同生长条件下,与GaN晶格匹配的富Ga的GaxAlyIn1-x-yN合金组分和输入的Ⅲ族金属有机化合物摩尔比之间的关系.计算结果表明Al和Ga优先于In进入固相.为了增加固相的In含量应适当降低生长温度、使用氮载气、提高输入反应管的金属有机化合物的分压、采用高V/Ⅲ比值和降低氨分解率.     

AlN插入层对硅衬底GaN薄膜生长的影响

利用金属有机化合物气相外延沉积技术在2inch(5.08cm)Si(111)图形衬底上生长了GaN外延薄膜,在Al组分渐变AlGaN缓冲层与GaN成核层之间引入了AlN插入层,研究了AlN插入层对GaN薄膜生长的影响。结果表明,随着AlN插入层厚度的增加,GaN外延膜(002)面与(102)面X射线衍射摇摆曲线半峰全宽明显变小,晶体质量变好,同时外延膜在放置过程中所产生的裂纹密度逐渐减小直至不产生裂纹。原因在于AlN插入层的厚度对GaN成核层的生长模式有明显影响,较厚的AlN插入层使GaN成核层倾向于岛状生长,造成后续生长的nGaN外延膜具有更多的侧向外延成分,从而降低了GaN外延膜中的位错密度,减少了GaN外延膜中的残余张应力。同时还提出了一种利用荧光显微镜观察黄带发光形貌来表征GaN成核层形貌和生长模式的新方法。