MOCVD法在蓝宝石衬底上生长GaN薄膜的性能研究

本文采用MOCVD法分别在a面和c面蓝宝石衬底上生长出7层InGaN/GaN多量子阱结构的GaN薄膜,采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱仪、吸收光谱等手段对样品进行表征.分析表明:a面蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜(样品A)的FWHM为781.2 arcsec,c面蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜(样品B)的FWHM为979.2 arcsec.样品A和样品B中存在的压应力分别为0.8523 GPa和1.2714 GPa,薄膜的能带宽度(理论值为3.4 eV)分别为3.38 eV和3.37 eV.以上数据表明a面蓝宝石衬底上生长出来GaN薄膜的结晶质量较好,光学性能更优异.     

用于GaN薄膜生长的γ-LiAlO2晶体基片制备工艺研究

研究了铝酸锂晶体的化学机械抛光工艺.自制了SiO2悬浮液作为抛光剂,主要研究抛光过程中抛盘转速、抛光时间以及抛光压力等系列抛光工艺参数对抛光晶片表面质量的影响规律.通过优化抛光工艺参数获得了适宜制备氮化镓薄膜的铝酸锂晶体基片,最小的表面粗糙度为2.695 nm.结合氮化镓薄膜的制备条件,对抛光好的铝酸锂晶体基片采用退火的方法去除生长态晶体的热应力和机械应力.利用扫描电子显微镜研究了退火后晶片的表面质量,同时用激光共聚焦技术研究了晶体表面腐蚀坑的三维形貌.退火处理导致了铝酸锂晶体表面腐蚀坑的数目和深度增加.随着退火温度的升高和退火的保温时间的增加,铝酸锂晶体中锂元素挥发,晶体表面质量下降.但是适当的保温时间能够改善铝酸锂晶体的完整性,释放在晶体生长和试样制备过程中存在的热应力和机械应力,改善了晶体质量.     

SiC衬底上近自由态石墨烯制备及表征的研究进展

石墨烯材料自问世以来,一直处于学界研究的焦点,在微电子器件领域,通过SiC衬底制备的近自由态石墨烯具有较大的应用潜力.本文介绍了SiC热解法制备石墨烯的优势与劣势,说明了近自由态石墨烯制备的原因.综合阐述了目前制备近自由态石墨烯的常用方法,并对比了各种制备方法的特点.最后,概述了近自由态石墨烯的常用表征手段.     

大尺寸HVPE反应器托盘温度的数值模拟研究

对大尺寸氢化物气相外延(HVPE)反应器的流场和温场进行二维数值模拟研究,旨在提高托盘表面温度和温度分布均匀性.基准模拟显示,靠近喷头的加热器对托盘温度的影响大于底部加热器,随着加热器功率增大,温度分布均匀性变差.在基准模拟的基础上,提出在反应器底部设置隔热钼屏的托盘升温方法.优化后的模拟显示,托盘温度升高约48 K,而温度均匀性变化不大.在使用4层钼屏的基础上,通过在石墨托盘内部开圆柱槽,显著提高了托盘温度分布均匀性,并使温度进一步提升约5K.     

大尺寸HVPE反应器寄生沉积的数值模拟研究

在氢化物气相外延(HVPE)生长GaN厚膜中,反应腔壁面总会产生大量的寄生沉积,严重影响薄膜生长速率及质量.本文针对自制的大尺寸垂直式HVPE反应器,通过数值模拟与实验对比,研究了反应腔壁面沉积以及GaN生长速率的分布规律,特别是寄生沉积分布与载气流量的关系.研究发现:在基准条件下,顶壁寄生沉积速率由中心向边缘逐渐降低,与实验结果吻合;侧壁沉积出现8个高寄生沉积区域,对应喷头边缘处排布的GaCl管,说明沉积主要取决于GaCl的浓度输运;模拟得出的石墨托表面生长速率低于实验速率,但趋势一致.保持其他条件不变,增大NH3管载气N2流量,顶壁和侧壁的寄生沉积速率及分布区域均随之增大,石墨托表面生长速率随之减小而均匀性却随之提高;增大GaCl管载气N2流量,顶壁和侧壁的寄生沉积速率及分布区域均随之减小,石墨托表面生长速率随之增大而均匀性却随之降低.研究结果为大尺寸HVPE反应器生长GaN的工艺优化提供了理论依据.     

基于钠助熔剂法的GaN单晶生长研究进展

宽禁带氮化镓(GaN)材料以其独特的性质和应用前景成为国内外研究的热点,高质量GaN单晶衬底的制备是获得性能优异的光电子器件和功率器件的基础。钠助熔剂法生长条件温和,易获得高质量、大尺寸的GaN单晶,是一种具有广阔商业化前景的GaN单晶生长方法。钠助熔剂法自20世纪90年代末期被发明以来,经过20多年的发展,钠助熔剂法生长的晶体在尺寸与质量上都取得了长足的进步。本文从晶体生长原理和关键工艺(籽晶选择、温度梯度以及添加剂)等方面综述了钠助熔剂法生长GaN单晶研究进展,并对其面临的挑战和未来发展趋势进行了展望。     

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.     

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.     

α-Al2O3衬底上6H-SiC薄膜的SSMBE外延生长

采用固源分子束外延(SSMBE)技术,在α-Al2O3(0001)衬底上直接制备出了SiC薄膜.利用反射式高能电子衍射(RHEED)、Raman光谱、X射线扫描、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)等实验技术,对生长的样品的结构和结晶质量进行了表征.结果表明:在蓝宝石衬底上生长出了结晶性能良好的6H-SiC薄膜,且薄膜中存在较小的压应力,这种压应力是由薄膜与衬底之间热膨胀系数的差异所致.     

宽周期掩膜法HVPE侧向外延自支撑GaN的研究

GaN膜在传统生长过程中主要通过异质外延获得,这往往会产生晶格失配和热失配,给GaN带来严重的位错和应力.目前降低位错最广泛的方法是使用侧向外延技术.在这项工作中,首先在蓝宝石基GaN衬底上沉积了一层SiO2,并用光刻的方法将其制备成高掩膜宽度(窗口宽度20μm/掩膜宽度280μm)的宽周期掩膜,再通过氢化物气相外延(...     

Thick GaN layers on sapphire with various buffer layers

Thick GaN layers deposited in HVPE system on composite substrates made on sapphire substrates in Metalorganic Vapour Phase Epitaxy (MOVPE) system have been investigated. The following substrates were used: (00.1) sapphire substrates with AlN, AlN/GaN and GaN thin layers. The crystallographic structure and the quality of the epitaxial thick GaN layers were determined. Comparison of the three types of thick layers was performed. Significant differences were observed. It was found that thick GaN deposited on the simplest MOVPE‐GaN/sapphire composite substrate has comparable structure's properties as the other, more complicated. (© 2007 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

氮化镓单晶生长研究进展

氮化镓(GaN)作为第三代宽禁带半导体核心材料之一,具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优良特性,是制作宽波谱、高功率、高效率光电子、电力电子和微电子的理想材料.受制于氮化镓单晶衬底的尺寸、产能及成本的影响,当前的GaN基器件主要基于异质衬底(硅、碳化硅、蓝宝石等)制作而成,GaN单晶衬底的缺乏已成为制约GaN器件发展的瓶颈.近年来,国内外在GaN单晶衬底制备方面取得了较大的进展.本文综述了氮化镓单晶生长的最新进展,包括氢化物气相外延法、氨热法和钠助熔剂法的研究进展,分析了各生长方法面临的挑战与机遇,并对氮化镓单晶材料的发展趋势讲行了展望.     

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.     

高质量金刚石膜在无氧铜衬底上的MPCVD

本文采用高纯无氧铜(Cu)片作为基片,用自行设计的微波等离子体化学气相沉积系统,制备出了高质量多晶金刚石膜.用场发射扫描电子显微镜(SEM)、Raman散射谱和X射线衍射谱(XRD)对制备的金刚石膜进行了表征与分析,其结果证明金刚石膜具有较优的质量.     

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.     

氮化镓晶体的氨热法生长进展

GaN作为性能最为优异的第三代半导体材料,其高质量的衬底材料的研发是目前乃至近5年的研究热点,而最好的衬底材料即为GaN体单晶.在为数不多的GaN体单晶的几种生长方法中,氨热法被普遍认为是生长GaN体单晶的一种很有前途的方法.本文主要论述了在不同矿化剂生长条件下GaN晶体的氨热法生长进展,指出了存在的问题,并给出了一些解决办法.     

多晶碘化汞厚膜的生长及其性质研究

采用热壁物理气相沉积法(hot-wall PVD)制备HgI2多晶厚膜,采用XRD、金相显微镜等手段对其进行表征,结果表明多晶HgI2厚膜呈定向(001)晶向生长且晶粒尺寸大小均匀.并分析讨论了不同温度对厚膜生长的影响.通过对其I-V特性的测试表明其具有高的电阻率(达1011Ω*cm)和较好的线性关系.