蓝宝石衬底上AlGaN外延材料的低压MOCVD生长

采用低温AlN成核层在1180℃温度下在(0001)蓝宝石衬底上用低压MOCVD设备生长了AlGaN外延层.Al组分高达0.6、厚度大于1μm的AlGaN外延层表面光亮,晶体质量较好,(0002)X射线衍射回摆曲线半峰宽FWHM为853弧秒.当反应室气压从5×103Pa降到2×103Pa后, AlGaN 外延层的生长速率和固相Al组分都显著提高.     

蓝宝石衬底上单晶InN薄膜的MOCVD生长

采用非掺GaN为缓冲层,利用金属有机物气相沉积(MOCVD)方法在蓝宝石衬底上获得了晶体质量较好的InN单晶薄膜.用光学显微镜观察得到的InN薄膜,表面无铟滴生成.INN(0002)X射线双晶衍射摇摆曲线的半峰宽为9.18;原子力显微镜测得的表面平均粗糙度为18.618nm;Hall测量得到的InN薄膜的室温背景电子浓度为1.08×1019cm-3,相应的迁移率为696cm2/(V·s).     

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.     

氮化对蓝宝石衬底上AlGaN/GaN异质结

研究了不同氮化条件对蓝宝石衬底上生长的AlGaN/GaN异质结材料特性的影响。研究表明,随着氮化过程NH₃流量的增大,GaN外延层的晶体质量得到了改善,GaN内应力释放,但是AlGaN/GaN异质结构中二维电子气的迁移率有所恶化。讨论了上述现象出现的原因。     

用MOCVD在ZnO/Al_2O_3衬底上生长GaN及其特性

本文报道利用直流反应磁控溅射技术在Ａｌ２Ｏ３上生长一层ＺｎＯ,再用ＬＰＭＯＣＶＤ在ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３衬底上生长ＧａＮ．实验发现低温生长ＣａＮ过渡层有利于晶体质量的提高;ＰＬ谱主峰红移到蓝光区;二次离子质谱仪（ＳＩＭＳ）测量发现有Ｚｎ扩散到ＧａＮ外延层,Ｚｎ的扩散引起光致发光谱主峰移动．估算出在１０５０℃Ｚｎ在ＧａＮ中扩散系数是８６×１０－１４ｃｍ２／ｓ．     

蓝宝石衬底上原子级光滑AlN外延层的MOCVD生长

在蓝宝石衬底表面无氮化、低Ⅴ/Ⅲ比的情况下,采用1200℃的衬底温度、5kPa反应室气压,用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长出了表面原子级光滑的AlN外延层.原子力显微镜测试表明其平均粗糙度为0.44nm,X射线衍射(0002)回摆曲线FWHM为166".实验结果和分析表明,极性和气相反应是影响AlN表面形貌的主要原因.以原子级光滑的AlN为模板生长出了高质量的高Al组分的n型AlGaN,证实了AlN模板具有较好的质量.     

蓝宝石衬底上原子级光滑AlN外延层的MOCVD生长

在蓝宝石衬底表面无氮化、低Ⅴ/Ⅲ比的情况下,采用1200℃的衬底温度、5kPa反应室气压,用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长出了表面原子级光滑的AlN外延层.原子力显微镜测试表明其平均粗糙度为0.44nm,X射线衍射(0002)回摆曲线FWHM为166".实验结果和分析表明,极性和气相反应是影响AlN表面形貌的主要原因.以原子级光滑的AlN为模板生长出了高质量的高Al组分的n型AlGaN,证实了AlN模板具有较好的质量.     

氮化对蓝宝石衬底上AlGaN/GaN异质结材料性能的影响

研究了不同氮化条件对蓝宝石衬底上生长的AlGaN/GaN异质结材料特性的影响。研究表明,随着氮化过程NH3流量的增大,GaN外延层的晶体质量得到了改善,GaN内应力释放,但是AlGaN/GaN异质结构中二维电子气的迁移率有所恶化。讨论了上述现象出现的原因。     

用MOCVD方法在GaAs衬底上低温生长ZnO薄膜

采用二乙基锌(DEZn)和水(H2O)作为生长源,利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法,在100～400℃低温范围内,在GaAs(001)衬底上制备了ZnO薄膜.利用X射线衍射(XRD),室温PL,AFM,SEM研究了薄膜的晶体结构特性、发光特性及表面形貌特性.XRD分析表明ZnO薄膜具有很强的c轴取向,(002)峰的FWHM平均值为0.3°.当生长温度达到400℃时从SEM测量结果可以观察到薄膜表面呈六角状结晶.随着生长温度的升高,薄膜的晶粒尺寸变大,结晶质量得到提高但同时表面变粗糙.室温PL测量显示薄膜在370nm附近有强的近带边发射,没有观测到深能级发射峰.     

蓝宝石衬底上输出功率密度为4.69W/mm的InAlN/GaN HEMT

We report high performance InAlN/GaN HEMTs grown on sapphire substrates. The lattice-matched InAlN/GaN HEMT sample showed a high 2DEG mobility of 1210 cm²/(V·s) under a sheet density of 2.6 × 10¹³ cm^-2. Large signal load-pull measurements for a (2 × 100 μm) × 0.25 μm device have been conducted with a drain voltage of 24 V at 10 GHz. The presented results confirm the high performances reachable by InAlN-based technology with an output power density of 4.69 W/mm, a linear gain of 11.8 dB and a peak power-added efficiency of 48%. This is the first report of high performance InAlN/GaN HEMTs in mainland China.     

A 4.69-W/mm output power density InAlN/GaN HEMT grown on sapphire substrate

We report high performance InAlN/GaN HEMTs grown on sapphire substrates.The lattice-matched InAlN/GaN HEMT sample showed a high 2DEG mobility of 1210 cm²/（V·s） under a sheet density of 2.6×10¹³ cm^-2.Large signal load-pull measurements for a（2×100μm）×0.25μm device have been conducted with a drain voltage of 24 V at 10 GHz.The presented results confirm the high performances reachable by InAlN-based technology with an output power density of 4.69 W/mm,a linear gain of 11.8 dB and a peak power-added efficiency of 48%.This is the first report of high performance InAlN/GaN HEMTs in mainland China.     

Mg掺与GaN晶格匹配的InAlN特性研究

采用蓝宝石图形衬底技术在金属有机物化学气相淀积(MOCVD)系统中制备了Mg掺杂的与GaN晶格匹配的InAlN。通过改变Al源、Mg源的掺杂量和退火温度,研究其对p-InAlN的载流子浓度和晶体质量的影响。实验发现当Al源的流量为2.34μmol/min时,获得与GaN晶格匹配的In0.18Al0.82N,此结果下的样品晶体质量最高。同时发现随着Mg掺杂量的增加会使螺位错密度急剧上升,Mg的掺杂对于刃位错有显著影响。综合退火温度对空穴浓度影响,当Mg源的掺杂量为0.248μmol/min,且退火温度为550℃时,与GaN晶格匹配的p型In0.18Al0.82N样品载流子浓度达到最高值,为1.2×1018 cm–3。     

GaN的低压MOCVD生长模型

用停滞边界层理论分析了低压 MOCVD外延 Ga N的生长模型。通过优化反应室结构和工艺条件 ,成功生长了厚度均匀、晶体质量优良的 Ga N外延层     

Low ohmic contact AIN/GaN HEMTs grown by MOCVD

AlN/GaN high-electron-mobility transistors （HEMTs） on SiC substrates were fabricated by metalorganic chemical vapor deposition （MOCVD） and then characterized. An Si/Ti/Al/Ni/Au stack was used to reduce ohmic contact resistance （0.33 g2.mm） at a low annealing temperature. The fabricated devices exhibited a maximum drain current density of 1.07 A/mm （Vows = I V） and a maximum peak extrinsic transconductance of 340 mS/mm. The off-state breakdown voltage of the device was 64 V with a gate-drain distance of 1.9 μm. The current gain extrinsic cutoff frequency fT and the maximum oscillation frequency fmax were 36 and 80 GHz with a 0.25 μm gate length, respectively.     

图形蓝宝石基GaN性能的研究

在相同的腐蚀温度下,通过控制对蓝宝石衬底的化学腐蚀时间,以研究其对GaN光学性质的影响.测试结果表明:对蓝宝石衬底腐蚀50 min后,外延生长的GaN薄膜晶体质量及光学质量最优,x射线摇摆曲线中.其(0002)面及(10-12)面的半峰全宽分别降低至202.68 arcsec,300.24 arcsec.透射光谱中,其透射率最高,调制深度最大;光致发光谱的近带边发射峰强度最强,其半高全宽也降低到6.7 nm,几乎看不到任何黄光带.     

低欧姆接触MOCVD生长的AlN/GaN HEMT

AlN/GaN high-electron-mobility transistors(HEMTs)on SiC substrates were fabricated by metalorganic chemical vapor deposition(MOCVD)and then characterized.An Si/Ti/Al/Ni/Au stack was used to reduce ohmiccontactresistance(0.33 mm)atalowannealingtemperature.Thefabricateddevicesexhibitedamaximum drain current density of 1.07 A/mm(VGS D1 V)and a maximum peak extrinsic transconductance of 340 mS/mm.The off-state breakdown voltage of the device was 64 V with a gate–drain distance of 1.9 m.The current gain extrinsic cutoff frequency fT and the maximum oscillation frequency fmax were 36 and 80 GHz with a 0.25 m gate length,respectively.     

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。     

InAlN在不同模板上的MOCVD外延

在相同的生长条件下,分别在高质量的GaN 和 AlN 模板上生长InAlN外延层。 测试结果显示：本实验的两个样品的In组分均为～16%,但在AlN模板上生长的InAlN外延层的晶体质量和表面形貌都要优于在GaN模板上生长的样品。其中,在GaN模板上生长的InAlN样品的（002）和（102）峰摇摆曲线的半峰宽分别为309.3″和339.1″,样品表面的粗糙度为0.593 nm,v坑密度约为4.2108cm-2;而在AlN模板上生长的InAlN样品的（002）和（102）峰摇摆曲线的半峰宽分别为282.3″和313.5″,样品表面的粗糙度为0.39 nm,v坑密度约为2.8108cm-2 。综合以上结果可初步得知,在AlN模板上生长的InAlN外延层的晶体质量和表面形貌都要优于在GaN模板上生长的InAlN外延层,因此,相对于GaN模板来说,AlN模板更适宜高质量的InAlN 外延层的生长。     

MOCVD生长的InGaN/GaN薄膜组分和表面形貌研究（参加广西南宁固体薄膜会议论文）

摘要：本文利用MOCVD方法在（0001）取向的蓝宝石衬底上实现了不同生长温度条件下的InGaN薄膜的制备。通过改变生长温度实现了InGaN薄膜中In组分可控。通过XRD、SEM、AFM等测量手段研究了生长温度和组分、形貌、缺陷等性质的关系。对比SEM和AFM形貌图像提出并探讨了3种缺陷坑（大V型坑,In-rich坑和热腐蚀坑）模型以及形成机制。通过研究不同生长温度的InGaN薄膜样品,发现较高生长温度对InGaN薄膜形貌质量和缺陷控制有至关重要的作用。