用MOVPE和RF-MBE方法极性控制生长GaN

本文报道了用低压MOVPE和RF-分子束外延法在蓝宝石衬底上作极性控制的GaN生长.以“双Al单层”模型讨论了用MOVPE和MBE法在蓝宝石衬底上生长GaN的极性选择的机理,并对AlN在极性转换过程中的作用给出了适当的解释.通过极性控制的生长,使MBE法生长的GaN的表面形貌和电学特性都得到了改善;并对LP-MOVPE生长开发出了一种“三步生长法”,这样就可以用更多的外延方式在蓝宝石衬底上生长出高质量的GaN膜.     

分子束外延生长GaN薄膜的新方法

GaN是一种宽禁带半导体材料,非常适合于制作从蓝光到近紫外波段的光电器件,它也是Ⅱ-V族含氮化合物中研究得最充分的材料,近年来在国际上受到很大重视.在材料制备方面初步解决了p型掺杂的困难,从而制成了高功率的发光二极管. 目前生长GaN比较成功的方法是使用有机气体氮源的金属有机物化学汽相淀积.但它所生成的是纤锌矿(六角)结构,而且是生长在蓝宝石衬底上.生长温度也高达1000℃.要使得GaN材料有可能实用,需要采用低温生长的分子束外延(MBE)技术,并在GaAs,Si等半导体衬底上生长出闪锌矿(立方)结构的GaN薄膜.这样才有可能最终解决p型…     

一种外延生长高质量GaN薄膜的新方法

采用化学方法腐蚀c-面蓝宝石衬底，以形成一定的图案；利用LP-MOCVD在经过表面处理的蓝宝石衬底上以及常规c-面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)、三维视频光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)进行分析，结果表明，在经过表面处理形成一定图案的蓝宝石衬底上外延生长的GaN薄膜明显优于在常规蓝宝石衬底上外延生长的GaN薄膜，其(0002)面上的XRD FWHM为208.80弧秒，(1012)面上的为320.76弧秒.同时，此方法也克服了传统 关键词： 表面处理 MOCVD 横向外延生长 GaN薄膜     

分子束外延生长的极性与非极性BeZnO薄膜的比较研究

采用分子束外延设备在不同晶面蓝宝石衬底上(c面,a面,r面)生长BeZnO薄膜。使用复合缓冲层生长得到了高质量的BeZnO薄膜,X射线衍射半高宽达到600 arcsec。在c面与a面蓝宝石衬底上生长得到了极性BeZnO薄膜,在r面蓝宝石上生长得到了非极性BeZnO薄膜。共振拉曼光谱测试结果表明薄膜中的Be含量在同一水平。相对于c面与a面蓝宝石上的极性BeZnO薄膜,生长在r面蓝宝石衬底上的非极性BeZnO薄膜具有较大的表面粗糙度以及较大的半高宽,但是其光致发光谱中的紫外发光峰远远强于极性BeZnO薄膜,并且黄绿光发光峰弱于极性BeZnO薄膜。     

蓝宝石表面处理对氮化镓光学性质的影响

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.利用GaN薄膜光学透射谱,结合椭偏测量得到的折射率色散公式,计算得到GaN薄膜厚度,与椭偏光谱结果几乎一致;在经过表面处理的蓝宝石衬底上外延生长的GaN薄膜表现出更优异的光学质量和结晶质量,其透射谱具有更高的透射率和更大的调制深度,而且其光致发光谱中的黄光带几乎可以忽略.     

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。     

硅衬底Ba1-xSrxNbyTi1-yO3薄膜光敏特性的研究

利用硅平面工艺和氩离子束镀膜技术在SiO2/Si衬底上淀积一层厚45nm的钛铌酸锶钡(Ba1-xSrxNbyTi1-yO3)薄膜，制成Al/Ba1-xSrxNbyTi1-yO3/SiO2/Si结构平面型薄膜电阻器。测试了该薄膜电阻器的吸收光谱，不同照度、电压下的光电流，调制光下的频率特性。实验结果表明：在钛酸钡中掺入锶(Sr)和铌(Nb)后，禁带内引入了杂质能级，钛铌酸锶钡禁带宽度变为2.7eV，且可见光区域存在连续的吸收峰。该薄膜在近紫外及可见光范围内具有良好的光敏特性，其灵敏度和光电导增益较高，并且具有较好的线性光照特性。光照强度较低时，电阻器的光照特性属于单分子复合过程；光照强度较高时，电阻器的光照特性属于双分子复合过程。通过对该薄膜电阻器频率特性的测量得出：在光照度为200lx时，薄膜中光生载流子的寿命为27ms。     

三甲基镓流量对GaN外延层和GaN缓冲层生长的影响

采用金属有机物气相外延法在蓝宝石衬底上生长了以GaN为缓冲层的GaN薄膜.研究了不同三甲基镓流量下所生长缓冲层对GaN外延层质量的影响.对样品采用X线双晶衍射法测试其结晶质量,光致发光法测试其光学特性.实验结果显示高三甲基镓流量下生长的缓冲层可以提高GaN外延层的质量.对缓冲层进行的原子力显微镜测试分析表明不同三甲基镓流量会显著地影响缓冲层的生长模式.根据试验结果构造了一个GaN缓冲层的生长模型.     

基于高阻ZnO薄膜的光电导型紫外探测器

本文通过射频磁控溅射法在玻璃衬底上沉积一层ZnO薄膜, 制备了Al-ZnO-Al 结构光电导型紫外探测器件, 并在室温下测试了所制备器件的暗场特性及其对紫外线的响应特性. 暗场条件下器件电流特性测试结果表明所制备的ZnO薄膜电阻率达到了3.71×10⁹ Ω · cm, 是一种高阻薄膜. 在波长365 nm, 光强303 μW/cm²的紫外线照射下, 薄膜的电阻率为7.20×10⁶ Ω · cm, 探测器明暗电流比达到了516. 40 V偏置电压条件下周期性开关紫外线照时, 探测器的上升和下降时间分别为199 ms和217 ms, 响应速度快且重复性好, 并利用ZnO半导体表面复合慢过程和体复合快过程对瞬态响应过程进行了理论拟合分析. 本文研究结果表明, 高阻ZnO薄膜紫外探测器具有良好的紫外光电响应特性.     

微量硼掺杂非晶硅的瞬态光电导衰退及其光致变化

利用EG&G的瞬态分析测试仪对微量硼掺杂的高氢稀释非晶硅薄膜的瞬态光电导作了测量,并研究了长时间曝光处理对瞬态光电导的影响.发现薄膜的瞬态光电导衰退可以用双指数函数来拟合,说明在样品的光电导衰退过程中有两种陷阱在起作用,估算了陷阱能级的位置.曝光处理后样品的光电导和暗电导不仅没有下降,而且还有所上升,薄膜的光敏性有所改善.很可能曝光过程引起了硼受主的退激活,导致费米能级向导带边移动,使有效的复合中心减少,样品的光电导上升. 关键词： 非晶硅 瞬态 光电导 光致变化     

斜切蓝宝石衬底MOCVD生长GaN薄膜的透射电镜研究

利用MOCVD技术在斜切角度为0.3°的c面蓝宝石衬底上生长了非故意掺杂 GaN 薄膜, 并采用透射电子显微镜对材料的质量和材料内部缺陷进行了分析. 研究发现斜切蓝宝石衬底上外延的GaN材料中,位错在距离衬底0.8 μm附近大量湮灭, 同时位错扎堆出现.基于上述现象, 提出了斜切衬底上GaN材料中位错的湮灭机制, 解释了斜切衬底能够提高GaN晶体质量的原因.     

The effects of vicinal sapphire substrates on the properties of AlGaN/GaN heterostructures

AlGaN/GaN heterostructures on vicinal sapphire substrates and just-oriented sapphire substrates (0001) are grown by the metalorganic chemical vapor deposition method. Samples are studied by high-resolution x-ray diffraction, atomic force microscopy, capacitance--voltage measurement and the Van der Pauw Hall-effect technique. The investigation reveals that better crystal quality and surface morphology of the sample are obtained on the vicinal substrate. Furthermore, the electrical properties are also improved when the sample is grown on the vicinal substrate. This is due to the fact that the use of vicinal substrate can promote the step-flow mode of crystal growth, so many macro-steps are formed during crystal growth, which causes a reduction of threading dislocations in the crystal and an improvement in the electrical properties of the AlGaN/GaN heterostructure.     

高质量氮化镓材料的光致发光研究

利用氨气源分子束外延（GSMBE）技术,在改型Ⅳ型分子束外延设备上生长高质量GaN单晶外延材料,并对样品进行了光致发光测量。分析室温和低温光致发光谱,系统地研究GaN的发光峰及其起源,并对常见的黄色发光带现象及其微结构起因进行探讨。     

Properties of GaN on different polarity buffer layers by hydride vapour phase epitaxy

This paper reports on N-, mixed-, and Ga-polarity buffer layers are grown by molecular beam epitaxy (MBE) on sapphire (0001) substrates, with the GaN thicker films grown on the buffer layer with different polarity by hydride vapour epitaxy technique (HVPE). The surface morphology, structural and optical properties of these HVPE-GaN epilayers are characterized by wet chemical etching, scanning electron microscope, x-ray diffraction, and photoluminescence spectrum respectively. It finds that the N-polarity film is unstable against the higher growth temperature and wet chemical etching, while that of GaN polarity one is stable. The results indicate that the crystalline quality of HVPE-GaN epilayers depends on the polarity of buffer layers.     

Ga2O3/GaN/蓝宝石模板上β-Ga2O3薄膜的生长

为获得高质量的β-Ga2O3薄膜,将c面蓝宝石上生长的GaN薄膜进行高温氧化制成了Ga2O3/GaN/蓝宝石模板,进而在模板上利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺进行了β-Ga2O3薄膜的同质外延。通过X射线衍射仪、原子力显微镜、场发射扫描电子显微镜等方法对样品的晶体结构、表面形貌等性质进行测试与分析。结果表明,该方法获得的β-Ga2O3薄膜晶体质量受GaN薄膜氧化效果与MOCVD工艺条件等因素影响较大。通过优化实验条件,得到了质量较高的β-Ga2O3薄膜。与蓝宝石上或GaN薄膜上异质外延得到的β-Ga2O3薄膜相比,薄膜的晶体质量明显提高。通过对比不同样品的晶体质量、表面形貌和制备过程,发现该方法成功地将β-Ga2O3薄膜在蓝宝石衬底或GaN/蓝宝石模板上异质外延转化为了Ga2O3/GaN/蓝宝石模板上的同质外延,有效地减小了β-Ga2O3薄膜和蓝宝石、GaN之间较大的晶格失配和热失配,有利于提高β-Ga2O3薄膜的晶体质量。     

使用SiNx原位淀积方法生长的GaN外延膜中的应力研究

采用低压MOCVD系统，在生长过程中使用SiN_x原位淀积的方法产生纳米掩模，并 在纳米掩模上进行选区生长和侧向外延制备了GaN外延薄膜.使用拉曼光谱和光荧光的手段对 GaN外延膜中的残余应力进行了研究.研究发现，用SiN_x原位淀积出纳米掩模后 ，GaN生长将由二维向三维转变，直到完全合并为止.利用拉曼光谱和光荧光谱分别研究了薄 膜中的残余应力，两者符合得很好；这种方法生长出的GaN薄膜的应力分布较传统的侧向外 延更加均匀；并且从中发现随着生长过程中SiN_x原位淀积时间的增加，生长在 其上的GaN外延膜中的残余应力减小.这是因为，随着SiN_x原位淀积时间的增加 ，SiN_x纳米掩模的覆盖度也增大.因此侧向外延区的比例增大，残余应力随之减 小. 关键词： GaN x原位淀积')" href="#">SiN_x原位淀积 拉曼 光荧光 残余应力     

Effect of thickness on the microstructure of GaN films on Al2O3 (0001) by laser molecular beam epitaxy

Heteroepitaxial GaN films are grown on sapphire (0001) substrates using laser molecular beam epitaxy. The growth processes are in-situ monitored by reflection high energy electron diffraction. It is revealed that the growth mode of GaN transformed from three-dimensional (3D) island mode to two-dimensional (2D) layer-by-layer mode with the increase of thickness. This paper investigates the interfacial strain relaxation of GaN films by analysing their diffraction patterns. Calculation shows that the strain is completely relaxed when the thickness reaches 15 nm. The surface morphology evolution indicates that island merging and reduction of the island-edge barrier provide an effective way to make GaN films follow a 2D layer-by-layer growth mode. The 110-nm GaN films with a 2D growth mode have smooth regular hexagonal shapes. The X-ray diffraction indicates that thickness has a significant effect on the crystallized quality of GaN thin films.     

GaN外延层的拉曼散射研究

ＧａＮ外延层的拉曼散射研究１李国华１韩和相１汪兆平２段树琨３王晓亮（１半导体超晶格国家重点实验室２集成光电子学国家重点联合实验室３半导体材料科学实验室中国科学院半导体研究所北京１０００８３）ＲａｍａｎＳｃａｔｅｒｉｎｇｏｆＧａＮＥｐｉｌａｙｅｒ１Ｌ...