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.     

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     

衬底表面覆盖对薄膜成核和生长的影响

在薄膜生长的成核阶段,稳定聚集体将逐渐覆盖衬底表面．同时,薄膜的生长将发生在被覆盖的衬底部分,而成核则发生在未被覆盖的部分．本文研究了衬底表面被覆盖的程度对薄膜成核和生长的影响,对广泛应用的薄膜理论,给出一些修正公式．结果表明,成核速率正比于衬底表面未被覆盖面积的平方．而薄膜理论认为成核速率是时间常量,似显得粗糙． 关键词：     

有机源载气对MOCVD生长InGaN薄膜的影响研究

彩MOCVD技术以Al2O3为衬底在GaN膜上生长了InxGa1-xN薄膜。以卢瑟福背散射／沟道技术和光致发光技术对InxGa1-xN/GaN/Al2O3样品进行了测试。获得了合金层的组分，厚度，结晶品质及发光性能等信息。研究表明：在以N2作主载气的情况下，有机源的载气对InxGa1-xN膜的In组分和生长速率影响很大，生长温度为760℃时，以70ml/min的N2作有机源载气得到的InxGa1-xN膜的In组分为0．10，生长速率为6．0nm/min,而以70ml/min的H2作有机源载气得到的InxGa1-xN薄膜的In组分为0．06，生长速率为10．6nm/min.本文首次报导了载气中含有少量H2能增大InxGa1-xN薄膜的生长速率的现象。     

GaAs(001)表面外延生长Mn薄膜的XPS研究

利用x射线光电子能谱的深度剖面技术,对不同衬底温度下分子束外延生长的Mn薄膜及其与GaAs(001)衬底间的界面进行了元素组分和化学结合状态随深度变化的研究。实验发现衬底温度等于400K时制备的fcc-Mn/GaAs(001)体系中,fcc-Mn层与GaAs衬底之间存在一层较厚的Mn-Ga-As的缓冲层;衬底温度等于300K(室温)时制备的a-Mn/GaAs(001)体系中也存在类似的缓冲层,但它的厚度与fcc-Mn的情形相比要小得多;而当衬底温度等于450K时制备的体系在GaAs衬底之上全部是Mn-Ga     

蓝宝石基片的处理方法对ZnO薄膜生长行为的影响

采用反应射频磁控溅射方法，在经过不同方法处理的蓝宝石基片上，在同一条件下沉积了ZnO薄膜.利用原子力显微镜、X射线衍射、反射式高能电子衍射等分析技术，对基片和薄膜的结构、表面形貌进行了系统表征.研究结果显示，不同退火条件下的蓝宝石基片表面结构之间没有本质的差异，均为α-Al₂O₃ (001)晶面，但基片表面形貌的变化较大.在不同方法处理的蓝宝石基片上生长的ZnO薄膜均具有高c轴取向的织构特征，但薄膜的表面形貌差异较大.基片经真空退火处     

蓝宝石基片的处理方法对ZnO薄膜生长行为的影响

采用反应射频磁控溅射方法,在经过不同方法处理的蓝宝石基片上,在同一条件下沉积了ZnO薄膜.利用原子力显微镜、X射线衍射、反射式高能电子衍射等分析技术,对基片和薄膜的结构、表面形貌进行了系统表征.研究结果显示,不同退火条件下的蓝宝石基片表面结构之间没有本质的差异,均为α-Al₂O₃ (001)晶面,但基片表面形貌的变化较大.在不同方法处理的蓝宝石基片上生长的ZnO薄膜均具有高c轴取向的织构特征,但薄膜的表面形貌差异较大.基片经真空退火处 关键词： ZnO薄膜 反应磁控溅射 基片处理 形貌分析     

非晶氧化钛薄膜形成过程中钛离子能量对表面结构影响的机理

研究了非晶氧化钛薄膜沉积过程中入射钛离子能量对表面结构形成机理以及薄膜特性的影响.模拟结果表明,通过提高入射钛离子能量,可以有效降低成膜表面粗糙度,从而减小薄膜表面的光学散射损耗.研究发现,当入射离子能量提高后,薄膜生长模式从"岛"状生长过渡到了"层"状生长,且离子入射点附近的平均扩散系数也有显著增加,这有利于形成更加平整的高质量薄膜表面.     

蓝宝石衬底上射频溅射法生长CeO2外延薄膜研究

实验采用射频溅射法在(1 102)蓝宝石基片上制备(00l)取向CeO2外延薄膜.低温、低溅射功率都会导致CeO2薄膜呈(111)取向生长.当基片温度在700℃～750℃,溅射功率在100～150W范围内能够制备得到高质量(00l)取向CeO2缓冲层.所制备的CeO2薄膜具有优良的面内面外取向性和平整的表面.用这些缓冲层作为生长面制备得到的YBa2Cu3O7-δ(YBCO)超导薄膜为完全(00l)取向,且面内取向性良好,并具有优越的电学性能:其临界转变温度(Tc)为89.5K,临界电流密度Jc(77K,0T)约1.8×106 A/cm2,微波表面电阻Rs(77K,10GHz)大约为0.50mΩ,能较好的满足微波器件应用中的需要.     

高质量GaN外延薄膜的生长

综述了高质量ＧａＮ外延薄膜的生长研究工作的最新重要进展．主要采用的新工艺为：在较低温度下生长ＧａＮ缓冲层后再高温生长ＧａＮ外延薄膜,双气流金属有机化合物气相沉积（ＭＯＣＶＤ）,以及用开有窗口的ＳｉＯ２膜截断穿过位错后横向覆盖外延生长（ｅｐｉｔａｘｉａｌｙｌａｔｅｒａｌｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）．Ｘ射线衍射和高分辨电镜研究证实,上述工艺使ＧａＮ外延薄膜质量得到显著提高．利用这种薄膜研制成的蓝色激光管即将投放市场．     

外延在蓝宝石衬底上的非掺杂GaN研究

采用改变生长条件的方法制备GaN薄膜,在(0001)面蓝宝石衬底上利用金属有机物化学气相沉积技术制备了不同样品,并借助X射线双晶衍射仪(XRD)、PL谱测试仪和光学显微镜对材料进行了分析。XRD(0002)面和(1012)面测试均表明TMGa流量为70 cm3/min时样品位错密度最低。利用该TMGa流量进一步制备了改变生长温度的样品。XRD和PL谱测试结果表明,提高生长温度有利于提高GaN样品的晶体质量和光学性能。最后,利用光学显微镜对样品的表面形貌进行了分析。     

MOCVD生长GaN:Si单晶膜的研究

获得高质量的ｎ型ＧａＮ单晶膜是制作ＧａＮ基光电子器件的关键之一。采用立式ＭＯＣＶＤ系统生长ＧａＮ：Ｓｉ单晶膜,通过优化生长工艺,获得了电子载流于浓度高达２ ×１０１９ｃｍ－３,迁移率达１２０ｃｍ２／Ｖ·ｓ的ｎ型ＧａＮ：Ｓｉ单晶膜;并有效地抑制了ＧａＮ中由深能级引起的黄带发射,大大提高带边发光强度。研究结果还表明：随着Ｓ掺杂量的增大,ＧａＮ：Ｓｉ单晶膜的电子载流于浓度增加,迁移率下降,Ｘ光双晶衍射峰半高宽增大。首次报道了随掺Ｓ量增大,ＧａＮ：Ｓｉ单晶膜的生长速率显著下降的现象。     

AlN插入层对硅衬底GaN薄膜生长的影响

利用金属有机化合物气相外延沉积技术在2inch(5.08cm)Si(111)图形衬底上生长了GaN外延薄膜,在Al组分渐变AlGaN缓冲层与GaN成核层之间引入了AlN插入层,研究了AlN插入层对GaN薄膜生长的影响。结果表明,随着AlN插入层厚度的增加,GaN外延膜(002)面与(102)面X射线衍射摇摆曲线半峰全宽明显变小,晶体质量变好,同时外延膜在放置过程中所产生的裂纹密度逐渐减小直至不产生裂纹。原因在于AlN插入层的厚度对GaN成核层的生长模式有明显影响,较厚的AlN插入层使GaN成核层倾向于岛状生长,造成后续生长的nGaN外延膜具有更多的侧向外延成分,从而降低了GaN外延膜中的位错密度,减少了GaN外延膜中的残余张应力。同时还提出了一种利用荧光显微镜观察黄带发光形貌来表征GaN成核层形貌和生长模式的新方法。     

高温预生长对图形化蓝宝石衬底GaN薄膜质量的提高

在图形化蓝宝石衬底生长低温缓冲层之前,通入少量三甲基镓（TMGa）和大量氨气进行短时间的高温预生长,通过改变TMGa流量制备了4个蓝光LED样品。MOCVD外延生长时使用激光干涉仪实时监测薄膜反射率,外延片使用高分辨率X射线衍射（002）面和（102）面摇摆曲线估算位错密度,并使用光致发光谱表征发光性能,制备成芯片后测试了正向电压和输出光功率。结果表明,高温预生长可促进薄膜的横向外延,使得三维岛状GaN晶粒在较小的薄膜厚度内实现岛间合并,有利于降低位错密度,提高外延薄膜质量,LED芯片的输出光功率的增强幅度达29.1%,而电学性能无恶化迹象;但高温预生长工艺中TMGa的流量应适当控制,过量的TMGa导致GaN晶粒过大,将延长岛间合并时间,降低晶体质量。     

氮化蓝宝石衬底上GaN薄膜的微结构与光学性质

用透射电子显微镜(TEM),X射线衍射(XRD)和光荧光谱(PL)等测量手段研究了GaN薄膜的微结构和光学性质。样品是用光辐射加热MOCVD在蓝宝石衬底上制备的。随着衬底氮化时间的增加,扩展缺陷的密度显著增加。在位错密度增加一个数量级时,XRD摇摆曲线半宽度(FWHM)由11″增加到15″,PL谱的黄光发射从几乎可忽略增加到带边发射强度的100倍。结合生长条件,我们对黄光与微结构的关系作了讨论。     

温度对Si上MOCVD-ZnO成核与薄膜生长特性的影响

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在Si衬底上进行了ZnO的成核与薄膜生长研究。ZnO薄膜的形貌和结晶特性由成核和后期生长过程共同决定,初期成核温度决定了其尺寸和密度,进而影响后期ZnO主层的生长行为,但由于高温对后期ZnO纳米柱横向生长的抑制,纳米柱的尺寸并没有因为成核尺寸的增大而变大,因此在560℃得到了晶柱尺寸最大、密度最小的ZnO薄膜。最后通过改变成核温度,优化了ZnO外延膜的结晶质量。     

N极性GaN薄膜的MOCVD外延生长

采用MOCVD技术在c面蓝宝石衬底上外延制备了N极性GaN薄膜。通过KOH腐蚀的方法判定了GaN外延薄膜的极性。通过X射线双晶衍射(XRD)摇摆曲线和光致荧光(PL)谱测试研究了成核层生长时间对N极性GaN薄膜晶体质量和发光性能的影响。研究结果表明,成核层生长时间为300 s时,N极性GaN薄膜样品的位错密度最低,发光性能最好。采用拉曼(Raman)光谱对样品的应变状态进行了分析。     

MOCVD侧向外延GaN的结构特性

侧向外延（EL0）GaN的原子力显微镜（AFM）表面形貌图像表明,ELO—GaN相当平整,而掩膜区中央有线状分布的小丘群,这是由ELO—GaN在掩膜区中央接合时晶向不一致而产生的缺陷造成的。观察ELO—GaN扫描电子显微镜（SEM）截面图,侧向接合处存在着三角空洞,并且侧向接合导致上述小丘群。X射线衍射（XRD）曲线表明,掩膜边界处的GaN晶面有倾斜。拉曼散射谱表明,掩膜区GaN质量相对于窗口区大为提高。ELO—GaN和普通外延GaN的拉曼散射谱比较表明,ELO—GaN中的应力较小,晶体质量较高。     

腐蚀时间对蓝宝石衬底上外延生长GaN质量的影响

使用熔融的KOH在高温下对c面蓝宝石衬底进行不同时间的腐蚀,借助扫描电镜、原子力显微镜对衬底表面进行了表征,然后利用金属有机物化学气相沉积设备在不同腐蚀时间的衬底样品上进行了GaN材料的外延生长。通过X射线衍射结果比较了两组衬底上外延材料的质量,利用原子力显微镜结果对外延层表面形貌进行了分析,最后论述了腐蚀时间的调整对蓝宝石衬底上外延生长氮化镓质量的影响机理。