成核层温度对非掺杂GaN外延薄膜结晶质量的影响

利用金属有机化学气相沉积系统(MOCVD),在蓝宝石的(0001)面采用不同的成核层生长温度,通过两步法获得不同质量的GaN外延薄膜.利用HALL测试仪,高分辨X射线衍射仪(HRXRD),原子力显微镜(AFM)和光致发光光谱仪(PL)对GaN薄膜的表面形貌,位错密度,光学性能等进行表征,研究不同的成核温度对GaN外延薄膜晶体质量的影响.结果表明,在成核层生长温度为650℃时,所得到的GaN外延薄膜表面粗糙度和位错密度均达到最低,并且同时具有最高的带边发光峰强度,最高的载流子迁移率以及最低的载流子浓度.过低或过高的成核温度都会导致GaN外延层的晶体质量和光电性能变差.     

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.     

缓冲层厚度对MOCVD法生长GaN外延薄膜性能的影响

本文研究了低温GaN(LT-GaN)缓冲层表面形貌,其随厚度的变化规律及对随后生长GaN外延膜各项性能的影响.用场发射扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)研究LT-GaN缓冲层表面形貌,发现随着厚度的增加,其表面由疏松、粗糙变得致密、平整,六角GaN小晶粒的数量减少,且取向较为一致.用X光双晶衍射(XRD)、AFM和Hall测量研究1μm厚本征GaN外延薄膜的结晶质量、表面粗糙度、背底载流子浓度和迁移率等性能,发现随着LT-GaN缓冲层厚度的增加:XRD的半高宽FWHMs增大,表面粗糙度先减小后又略有增大,背底载流子浓度则随之减少,而迁移率的变化则不明显.通过分析进一步确认LT-GaN缓冲层的最优生长时间.     

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.     

AlN插入层对AlGaN/GaN外延材料电学性能影响

采用MOCVD制备了带有MN插入层AlGaN/GaN异质结构外延材料,对外延材料分别进行了原子力显微镜AFM、双晶XRD以及变温HALL测试.测试结果表明:具有AlN插入层的外延材料表面非常平整,10 μm × 10 μm范围样品的表面均方根粗糙度RMS仅为0.302 nm,AlGaN势垒层衍射峰更尖锐,材料结构特性良好,大大提高了AlGaN/GaN异质结的2DEG面密度和迁移率,280 K和300 K时沟道电子迁移率分别为4736 cm2/V·s和1785 cm2/V·s,比无MN插入层的传统结构得到的结果分别提高了45.7;和23.4;.     

高质量GaN薄膜的MOCVD同质外延生长

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术,在GaN自支撑衬底上同质外延生长了GaN薄膜,得到高质量的GaN外延薄膜.X射线衍射(XRD)结果显示其(002)面摇摆曲线半高宽小于100弧秒,原子力显微镜(AFM)照片上能看到连续的二维台阶流形貌,其表面粗糙度小于0.5nm,其位错密度低于106 cm3.     

三维生长温度对非故意掺杂GaN外延层性能的影响

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在蓝宝石(0001)面上生长GaN外延层,并系统研究了三维生长温度对外延层晶体质量和残余应力的影响机理.利用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)、原子力显微镜(AFM)、光致发光光谱仪(PL)和拉曼光谱仪(Raman)分别对外延层的位错密度、表面形貌、发光性能和应力情况进行了分析.当三维生长温度分别为1060℃、1070℃和1080℃时,外延层刃位错密度分别为5.09×108/cm3、3.58×108/cm3和5.56×108/cm3,呈现先减小后增大的现象,而螺位错密度变化不显著,分别为1.06×108/cm3、0.98×108/cm3和1.01×108/cm3,同时外延层残余应力分别为0.86 GPa、0.81 GPa和0.65 GPa,呈现逐渐减小的趋势.这可能是由于三维生长温度不同时,外延层生长模式和弛豫程度发生改变所致.     

蓝宝石衬底上GaN薄膜的结构和光学特性表征

采用低压金属有机化学气相沉积(LPMOCVD)法,成功地在(0001)晶向的蓝宝石(Al2O3)衬底上制备了高质量的GaN薄膜.并利用X射线衍射(XRD)谱和椭圆偏振光谱(SE)对其结构和光学特性作了表征.XRD谱中,在34.5°和72.9°附近出现了两个尖锐的衍射峰,分析表明这两个衍射峰分别对应纤锌矿(Wurtzite) 结构GaN薄膜的(0002)和(0004)晶向.其中GaN (0002)晶向衍射峰的半高宽(FWHM)很窄,只有0.1°左右,并且GaN(0004)晶向衍射峰强度很强,二者均证实了采用LPMOCVD法制备的GaN薄膜具有高的质量.在介电函数和反射谱中,GaN高的透明性(＜3.44eV)诱导了强的干涉振荡.室温下拟合出的表征带间跃迁的光学带隙约为3.44eV.     

低温GaN插入层对AlGaN/GaN二维电子气特性的改善

利用低压MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长了AlGaN/GaN二维电子气(2DEG)材料,在GaN生长中插入一层低温GaN,并研究了低温GaN插入层对二维电子气输运特性的影响.使用原子力显微镜(AFM)和非接触霍尔测试仪测量了材料的表面形貌和电学特性,发现低温GaN插入层可以改善材料表面平整度并使AlGaN/GaN 2DEG的电子迁移率有明显提高,GaN插入层温度为860℃的样品在室温下2DEG的电子迁移率达到2110 cm2/V·s.     

气相捕获腔对石墨烯低压化学气相沉积形核生长的影响

基于石墨烯低压化学气相沉积技术,通过调控甲烷流量对比研究了传统生长腔和气相捕获腔中石墨烯在铜箔衬底上的形核生长特点.结果 表明,与传统生长腔相比,气相捕获腔能够将石墨烯的形核密度降低3个数量级,并促使石墨烯晶核快速长大.同时,气相捕获腔能够为石墨烯提供一个稳定的生长环境,有利于制备晶格完美的石墨烯晶畴,并为石墨烯晶畴的融合提供更多的有效活性碳原子,加速石墨烯晶畴之间的融合,提高石墨烯薄膜的质量.在此基础上分析了气相捕获腔对石墨烯低压化学气相沉积形核生长的影响机理.     

射频功率对富硅-氮化硅薄膜结构及性质影响

采用等离子体增强化学气相沉积法,以SiH4、NH3和N2为反应气源,通过改变射频功率制备富硅-氮化硅薄膜材料.利用傅里叶变换红外吸收光谱,紫外-可见光透射光谱,扫描电镜等对薄膜材料结构与性质进行表征.实验表明,随着射频功率的逐渐增加,薄膜光学带隙缓慢减小、有序度增加,薄膜材料中的Si-H键、N-H键缓慢减小,Si-N键增多.分析结果发现,适量的增加射频功率有利于提高样品反应速率,使薄膜有序度增加,致密性增强,提高薄膜质量,但过高的射频功率会使薄膜质量变差.     

直流溅射缓冲层生长ZnO/Si薄膜

ZnO是一种新兴的的宽禁带半导体材料,相对于传统的宽禁带材料有很多的优势.在相对成本低廉的Si衬底上生长ZnO薄膜是现在攻关的热门课题.目前用缓冲层方法生长ZnO薄膜取得了一些突破.本文利用直流溅射,先在Si衬底上溅射一层ZnO多晶薄膜,通过对直流溅射时间的控制,可以得到不同厚度的ZnO缓冲层.再利用MOCVD设备生长高质量的ZnO薄膜.通过研究发现,直流溅射ZnO薄膜的厚度对于最终的薄膜质量有很大的影响.随着缓冲层的引入,双晶衍射XRD的摇摆半宽有显著下降,并且随着最终ZnO薄膜质量上升,光致发光也有显著的提升.可见缓冲层的引入对ZnO/Si薄膜的质量和发光强度有很大的贡献.     

衬底温度对氢化非晶硅薄膜特性的影响

采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)系统,以乙硅烷和氢气为气源,石英玻璃和单晶硅片为衬底制备了氢化非晶硅(a-Si∶ H)薄膜.采用扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、台阶仪、紫外可见分光光度计、傅里叶变换红外光谱仪和电子能谱仪等分别表征了a-Si∶H薄膜的表面形貌、结晶特性、沉积速率,光学带隙,键合结构和Si化合态等特性.结果表明:随着衬底温度的增加,a-Si∶H薄膜表面的颗粒尺寸减小,均匀性增加,沉积速率则逐渐降低;衬底温度从80℃增加到130℃时,光学带隙显著增加,而在130℃至230℃范围内,光学带隙基本不随衬底温度变化;以SiH键对应的伸缩振动的相对峰强度逐渐增加,而以SiH2或(SiH2)n键对应的伸缩振动的相对强度逐渐减小;a-Si∶H薄膜中Si0+态的相对含量增加.因此,衬底温度大于130℃有利于制备优质a-Si∶H薄膜,230℃是沉积a-Si∶H薄膜的最佳衬底温度.     

ZnO∶Al衬底上低温生长GaN薄膜

利用射频磁控溅射在普通玻璃上制备了(0002)择优取向的ZnO:Al薄膜.采用电子回旋共振-等离子体增强金属有机物化学气相沉积(ECR-PEMOCVD)技术,在ZnO:Al薄膜衬底上沉积了厚度为320 nm的GaN薄膜.利用高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和光透射谱等表征方法,研究了沉积温度对GaN薄膜的结晶性、表面形貌和透射率的影响.     

Ti、V、Ni、Mo对CVD金刚石涂层形核影响

基于密度泛函理论,计算分析了CH₃基团在含有过渡金属元素Ti、V、Ni、Mo的孕镶金刚石颗粒硬质合金基底表面的吸附能、Mulliken电荷分布、电荷密度差和态密度(density of states, DOS)等一系列性质,研究Ti、V、Ni、Mo对孕镶金刚石颗粒硬质合金基底化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)金刚石涂层形核阶段的影响及其作用机理。计算结果表明:与CH₃基团在WC表面及金刚石表面的吸附相比,Ti、V、Ni、Mo与C原子间有较强的弱相互作用,这使得其对CH₃基团有更强的吸附能力(其中Ti>V>Mo>Ni);吸附能力大小与各原子的价电子结构相关,含有Ti元素的表面对CH₃的吸附最稳定;CH₃基团与Ni原子间更易发生电荷的转移形成共价键,Mo有利于促进CH₃基团的脱氢反应;形核阶段适当添加Ti、V、Ni、Mo这几种过渡金属元素将有利于增加形核密度,改善CVD金刚石膜基界面结合强度。     

基于原子层沉积的氧化锆薄膜工艺优化研究

利用原子层沉积技术(Atomic layer deposition, ALD)进行ZrO2薄膜工艺研究,获得了低温下ZrO2薄膜ALD的最佳工艺条件.分析了在低温下前驱体脉冲时间,吹扫时间生长工艺条件对薄膜性能的影响.以四(二甲基氨)基锆(TDMAZ)和H2O为前驱体,制备了均匀性良好,表面粗糙度低,可见光透过率高,水汽阻挡效果良好的ZrO2薄膜.     

HVPE生长室气流分布模拟及GaCl载气流量对GaN单晶生长的影响

采用计算流体力学软件Fluent对HVPE反应室进行了数值模拟,研究了GaCl载气流量对HVPE反应室气流分布的影响,发现GaCl载气流量是影响GaCl和NH3在衬底上均匀分布的重要因素.采用HVPE方法在不同GaCl载气流量下生长GaN单晶,研究了GaCl载气流量对GaN单晶质量的影响,得到了与模拟一致的结果.