薄膜砷化镓太阳能电池晶圆片金-金键合热应力影响因素分析

针对砷化镓太阳能电池键合过程中键合界面位错密度过大、部分区域解键合等问题,通过金-金热压键合技术结合有限元方法,提出了一系列降低结构热应力的有效途径.以砷化镓薄膜电池GaAs/Au/PI晶圆片为研究对象,建立三维电池模型,观察和分析了在热和压力同时作用下键合界面的热应力分布及结构变形情况,并探究了金层厚度与热压曲线对结构热应力的影响.分析结果表明,所提出的改进方法使结构热应力大大减少,提高了电池的键合率.     

SiC衬底上生长的GaN外延层的高分辨X射线衍射分析

通过高分辨X射线衍射(HRXRD)技术,对金属有机化合物气相外延(MOCVD)生长的GaN外延膜及SiC衬底的相对取向,晶格常数和应力情况,位错密度等进行了分析.分析表明,GaN和SiC具有一致的a轴取向,GaN外延层弛豫度超过90;,GaN外延层的晶格常数与体块材料相近,在GaN中存在压应力,SiC衬底和GaN外延层中的位错密度分别为107和108量级.     

多晶硅铸锭生长过程热应力与位错的数值模拟研究

通过对定向凝固多晶硅从凝固过程开始到冷却过程结束进行瞬态数值模拟,研究了多晶硅锭不同生长阶段的温场、热应力及位错密度的关系.模拟结果表明:在长晶及冷却过程中,位错因热应力的存在而发生运动和增殖,晶体内温度梯度是影响晶体位错密度的关键因素.高位错密度区域分布在硅锭顶部、中心部以及周边外缘.硅锭上表面由中心向外缘递减的高位错密度是由于杂质在固液界面前沿富集导致.其中最大位错密度约为2.4×104 cm-2,发生在硅锭中轴顶部;局部最大位错密度约为2.2×104 cm-2,发生在硅锭边缘底角.     

CdZnTe晶片的Raman光谱研究

利用Raman光谱技术研究了CdZnTe晶片表面处理方法、激光功率及波长变化对CdZnTe晶片的Raman谱线影响.研究表明:CdZnTe晶片分别经过机械抛光、Br-MeOH溶液处理以及Br-MeOH溶液+ KOH/甲醇溶液处理后,由于表面晶格完整性的改变, Raman光谱出现了明显变化.采用514.5 nm、632.8 nm及785 nm激光激发CdZnTe晶片时,晶片的Raman波谱也有所不同,其中用785 nm激光激发样品,荧光发光峰位于100～200 cm~(-1)范围,掩盖了晶片Raman特征峰.在对CdZnTe晶片做Raman测试时,尽可能选择较低功率.     

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.     

氮化镓籽晶的表面损伤处理及氨热生长研究

籽晶的表面损伤会导致后续生长的晶体位错增多.为了降低籽晶表面的损伤,通常采用粗磨-精磨-抛光的多步过程处理的晶片作为籽晶,工艺步骤多、复杂,成本高.本文采用磷酸去除表面损伤层的粗磨GaN与化学机械抛光的GaN分别作为籽晶,对比了两种籽晶氨热生长后晶体表面、生长速率、结晶质量、应力状况.光学显微镜表明两种籽晶生长后晶体的表面具有相似的丘状表面.氨热法生长速率较慢,化学机械抛光籽晶生长速率略高于粗磨籽晶.X射线单晶衍射(XRD) (002)和(102)的摇摆曲线半高宽显示抛光籽晶与粗磨籽晶生长得到GaN结晶质量基本一致.Raman E2(high)频移表明抛光籽晶生长的GaN晶体接近无应力状态,粗磨籽晶生长的晶体存在较小的压应力.     

TiN、Ti插入层对ITO与GaN欧姆接触性能影响的研究

透明半导体铟锡氧化物(ITO)作为电极能够降低光导开关电极边缘电流集聚效应和提高脉冲激光的利用率。本文通过在ITO与GaN界面之间分别插入10 nm的Ti与TiN,研究Ti、TiN对ITO与GaN欧姆接触性能的影响。I-V测试结果表明,随着退火温度升高,插入TiN的光导开关一直保持欧姆接触特性,而插入Ti的光导开关由欧姆接触转变为肖特基接触。通过TEM测试发现,当以Ti作为插入层时,ITO通过插入层向插入层与GaN的界面扩散,在接触界面形成Ti的氧化物及空洞。透射光谱显示,不同退火温度下插入Ti层的透过率均低于38.3%,而以TiN作为插入层时透过率为38.8%～55.0%。因此含有TiN的光导开关具有更稳定的电学性能和更高的透过率,这为GaN光导开关在高温高功率领域的应用提供了参考。     

过渡层结构和生长工艺条件对Si基GaN的影响

为了提高MOCVD外延硅基GaN材料的质量，在硅（111）衬底上以HT-AlN为缓冲层，在缓冲层上再生长变组份过渡层后外延生长GaN。过渡层为多层复合结构，分为高温变组分AlGaN、GaN、低温AlN、高温变组分AlGaN。在高温生长AlGaN和GaN层中插入一层低温生长AlN以缓解降温过程中应力对厚GaN层的影响，为了缓慢释放热应力、采用合适的慢降温工艺。当外延层的厚度小于1．7微米时GaN外延层无龟裂，而厚度不断增加时，GaN外延层产生龟裂。本文研究了AlN缓冲层生长温度、高温变组分AlGaN生长过程中生长时间的变化对所生长GaN材料的影响。采用三维视频显微镜、高分辨率双晶X射线衍射（DCXRD）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和室温光致荧光光谱（RT-PL）对样品进行了测试分析。测试结果表明所研制的硅基GaN表面光亮、平整，过渡层的引入有利于降低外延层中应力，提高GaN结晶质量。     

LEC法生长富磷掺铁InP单晶晶格应变与残留应力研究

运用原位磷注入合成法在高压单晶炉内合成富磷的InP熔体,并利用液封直拉法(LEC)生长出了3英寸富磷掺Fe的InP单晶.运用高分辨率X射线衍射技术、偏振差分透射谱测试技术、光致荧光谱技术对富磷掺Fe的InP晶片进行了结构、应力及发光特性测试.结果表明,晶格的应变导致了PL发光峰峰位的变化,晶格应变与残留应力测试结果相一致,说明材料生长过程中的热应力是导致样品晶格常数分布不均匀的主要因素.     

在Si和GaAs衬底上分子束外延CdTe的晶格应变

本文利用高分辨率多重晶多重反射X射线衍射技术对分子束外延CdTe(211)B/ Si(211)与CdTe(211)B/GaAs(211)B材料的CdTe外延薄膜进行了倒易点二维扫描,并通过获得的倒易点二维图,对CdTe缓冲层的应力和应变状况进行了分析.研究显示,对于一定厚度的CdTe外延薄膜,在从生长温度280℃降至室温20℃的过程中,由于和衬底存在热膨胀系数的差异,将在外延薄膜中产生热应力,使外延薄膜发生应变,并且这种应变取代了失配应变,在晶格畸变中占据主导地位.对于Si衬底,热应变表现为张应力;对于GaAs衬底,热应变表现为压应力.该研究结果对于进一步优化在大失配的异质衬底上外延同Hg1-xCdxTe材料晶格匹配的Cd1-yZnyTe材料的Zn组分具有指导意义.