Si(111)外延GaN的表面形貌及形成机理研究

用高温AlN作缓冲层在Si(111)上外延生长出GaN薄膜.通过对薄膜表面扫描电子显微镜(SEM)和高分辨率双晶X射线衍射(DCXRD)的分析,确定缓冲层对外延层形貌的影响,分析解释了表面形貌中凹坑的形成及缓冲层生长温度对凹坑的影响.结果表明:温度的高低通过影响缓冲层初始成核密度和成核尺寸来影响外延层表面形貌.     

湿法腐蚀制备蓝宝石图形衬底的研究

利用湿法腐蚀方法,制备出图形化蓝宝石衬底(PSS).在相同的腐蚀时间下,研究腐蚀液温度对腐蚀蓝宝石表面形貌和外延后GaN材料的影响.扫描电镜(SEM)测试结果表明:随着腐蚀液温度的增加,图形的深度增加.腐蚀后图形阵列排布整齐,所有图形都方向一致,这与蓝宝石本身晶体性质有关.腐蚀液温度对外延后GaN的影响也比较大,随着腐蚀液温度的增加,(002)半峰宽逐渐增加,光致发光谱(PL)发光强度逐渐增加.管芯结果表明,LED管芯的光强也逐渐增加.     

石墨烯上外延GaN薄膜的取向演变研究

本文研究了在石墨烯上生长GaN薄膜时晶体取向的变化。采用AlN成核层辅助生长,GaN由取向相差较大的小晶粒,逐渐合并为与石墨烯取向一致的晶粒,最终形成了约4.6μm厚的GaN薄膜。通过EBSD和XRD证实了GaN晶体取向一致性的提高,拉曼光谱也表明GaN晶体的高质量。     

近红外半导体材料HgInTe的缺陷腐蚀

研究了HgInTe的腐蚀工艺,探索出一种适合于HgInTe的腐蚀液,并对腐蚀原理做了分析.利用该腐蚀液对HgInTe晶体内部的缺陷种类和分布进行了研究.结果表明,垂直轴向切割的HgInTe晶片腐蚀后的位错蚀坑呈近等腰三角形.在本实验条件下,位错蚀坑密度EPD(etch-pit density)约在105/cm2数量级.HgInTe晶体中的位错墙主要以边重叠和角重叠两种方式排列而成.HgInTe中存在少量由内应力引起的微裂纹.该腐蚀液能有效地显示HgInTe晶体不同晶面的多种缺陷,腐蚀效果较好.     

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.     

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.     

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.     

裂纹对Si衬底GaN基LED薄膜应力状态的影响

本文通过XRD和PL等分析方法研究了在Si衬底生长的GaN基LED外延薄膜n型GaN层和InGaN阱层的应力状态,以及裂纹对其应力状态的影响.XRD结果表明:在Si衬底生长的GaN基LED外延薄膜n型GaN层受到张应力,在受到一定的外加应力后会以裂纹及裂纹增生的方式释放.随着裂纹数量的增加,n型GaN层受到的张应力逐渐减小,但仍处于张应力状态;n型GaN层张应力的减小使得InGaN阱层受到的压应力增大.PL分析进一步表明:InGaN阱层受到的压应力增大使得量子限制Stark效应更加明显,禁带宽度减小,发光波长表现为红移.     

硫镓银晶体的化学腐蚀研究

采用改进的垂直布里奇曼(Bridgman)法自发成核生长AgGaS2晶体,在生长初期对生长安瓿籽晶袋进行上提回熔,生长出外观完整、无裂纹的大尺寸AgCaS2单晶体.采用XRD对晶体进行分析,获得了(112)、(001)和(101)面的高强度尖锐衍射峰.采用不同配比的腐蚀剂对晶体(101)、(112)及(001)晶面进行化学腐蚀,然后采用金相显微镜和扫描电镜观察,结果显示,(101)晶面蚀坑为清晰的近似三角形的四边形蚀坑,(112)晶面蚀坑为清晰的近似三角锥形,(001)晶面则呈现互相垂直的腐蚀线.初步分析了不同蚀坑的形成原因,计算出(101)和(112)面蚀坑密度约为105/cm2数量级.结果表明,改进方法生长出的大尺寸AgGaS2单晶体结构完整、位错密度低,质量较好.     

垂直布里奇曼法生长铜单晶体的研究

Cu单晶在中子和X射线单色器及激光核聚变靶材等领域有重要应用前景.本文采用自制的硅钼棒单晶生长炉和特制的镀碳石英生长坩埚,采用垂直布里奇曼法在30 ℃/cm的温度梯度下,以10 mm/d的下降速度生长出较高质量的铜单晶体.生长的晶体经多次研磨抛光腐蚀处理后进行X射线衍射分析和金相分析,显示出(200)晶面尖锐的X射线衍射峰和规则的方形蚀坑,表明生长的晶体结构完整.     

MOVPE生长m面GaN薄膜的表面吸附研究

采用基于密度泛函理论的Materials Studio中的CASTEP模块,对金属有机物气相外延MOVPE生长m面GaN薄膜的表面反应前体的吸附过程进行研究.针对吸附粒子GaCH3和NH3在m面GaN表面不同的初始吸附位,优化计算了GaCH3和NH3在表面的吸附能、与近邻原子的距离、态密度、电荷密度分布、电子布居.计算结果表明,GaCH3在表面Ga brg2位优化之后的位置最稳定,吸附能最低,GaCH3中的Ga原子与表面邻近的N原子、Ga原子分别形成Ga-N、Ga-Ga共价键.NH3在表面N brg2位最稳定,吸附能最低,NH3中的N原子与表面邻近的Ga原子形成N-Ga共价键.通过对比在最佳吸附位的MMG中的Ga原子和NH3中的N原子与表面原子的电荷分布情况和布居数,证明上述吸附粒子与表面确实存在共价作用,形成共价键.     

r面白宝石单晶的温梯法生长及缺陷研究

本文描述使用温梯法(TGT)生长(1102)方向的白宝石单晶,应用X射线双晶摇摆曲线(XRC)测定了晶体内部的完整性,再利用KOH熔体腐蚀出样品的r面(1102)上的位错蚀坑,借助扫描电子显微镜(SEM)进行观察,发现r面白宝石的位错腐蚀坑呈等腰三角形,并且有台阶状结构,并分析了位错的成因.     

硫镓银晶体(112)面蚀坑形貌研究

本文报道了一种能在室温下对硫镓银晶体(112)面进行择优腐蚀的新腐蚀液配方,采用新腐蚀液对改进的Bridgman法生长的AgGaS2晶体进行腐蚀,用扫描电镜对蚀坑进行了观察,得到了清晰的(112)面蚀坑形貌,形状为三角锥形.初步解释了蚀坑的形成原因.AgGaS2晶体低指数的{100}面的腐蚀速度较慢,在腐蚀过程中逐渐显露出来,最终使晶体(112)面呈现出三角锥形蚀坑形貌.     

磷锗锌单晶体的腐蚀研究

报道了一种新的ZnGeP2晶体择优腐蚀剂及其腐蚀工艺,即先采用研磨、物理机械抛光和HCl+HNO3热化学抛光获得表面平整无划痕的ZnGeP2晶片,然后将晶片在室温下采用HF(40;):HNO3(65;):CH3COOH(99.5;):H2O:I2=2 mL:2 mL:1 mL:1 mL:4 mg腐蚀剂超声振荡腐蚀8 min;在扫描电镜下观察到ZGP(110)和(204)晶面的腐蚀坑,蚀坑形貌清晰,具有立体感,(110)晶面蚀坑呈四边形,(204)晶面蚀坑呈五边形,取向一致,蚀坑密度(EPD)约为104/cm2.从理论上对蚀坑形貌的形成机理进行了分析.     

碲锌镉单晶体的(110)面蚀坑形貌观察

本文报道了一种能够在室温下择优腐蚀碲锌镉(CZT)单晶体(110)晶面的腐蚀液配方,并对富Cd生长的CZT晶体蚀坑形貌进行了扫描电镜观察.结果表明晶体(110)面腐蚀坑形状为三角形,并初步对蚀坑的成因进行了分析,估算出CZT(110)面蚀坑密度约为103～105/cm2数量级.这说明富Cd原料的改进布里奇曼法可以生长出低蚀坑密度的CZT单晶体.     

CdGeAs2单晶体的腐蚀研究

报道了一种新型的CdGeAs2晶体择优腐蚀剂,配方为:H2O2(30;): NH4OH(含NH325;-28;): NH4Cl(5mol/L): H2O=1 mL: 1.5 mL: 1.5 mL: 2 mL.将经机械研磨、物理抛光和溴甲醇化学抛光处理后的表面平整无划痕的CdGeAs2晶片,在40 ℃下超声振荡腐蚀数分钟,采用金相显微镜和SEM进行蚀坑观察.结果表明,新型腐蚀剂对CdGeAs2晶体(204)和(112)晶面择优腐蚀效果显著,蚀坑取向一致,具有很强的立体感;(204)晶面蚀坑呈三角锥形,(112)晶面蚀坑呈五边形,从晶体结构上对蚀坑形成机理进行了分析讨论.     

低温AlN插入层降低硅基GaN膜微裂

为了降低MOCVD外延硅基GaN膜层中的应力、减少硅基厚GaN层的微裂;在高温GaN层中插入低温AlN.低温AlN插入层可平衡HT-GaN生长和降温过程引起的张应力,降低厚膜外延层的微裂,已研制出厚度超过1.8微米无微裂GaN外延层.本文重点研究了低温AlN生长温度对HT-GaN材料的影响,给出了较佳的LT-AlN生长温度.采用扫描电子显微镜(SEM),原子力显微镜(AFM)和高分辨率双晶X射线衍射(DCXRD),对样品进行了测试分析.试验和测试结果表明低温AlN的生长温度至关重要,生长温度过低影响GaN晶体质量,甚至不能形成晶体;生长温度过高同样会影响GaN结晶质量,同时降低插入层的应力平衡作用;实验结果表明最佳的LT-AlN插入层的生长温度为680℃左右.     

N‐GaN column arrays on the vertical InGaN/GaN blue LEDs formed by maskless dry etching

The InGaN/GaN blue light emitting diodes (LED) structures have been grown on sapphire substrates with a hexagonal array of hemispherical patterns by low‐pressure metalorganic chemical vapor deposition. Vertical LED structures on Cu carriers are fabricated using electroplating and KrF laser lift‐off techniques. After removal of the patterned sapphire substrate, an inductively coupled plasma etching is carried out to expose the n‐GaN layer for n‐metal contact. It is observed that GaN columns are formed at the center of the concave hemispheres after dry etching processes. Cathodoluminescence and wet chemical etching investigations reveal that a high density of dislocations is found to be generated at these specific positions. The possible mechanism for these observations is attributed to the defect distribution and defect‐dependent selective etching of the GaN.