GaN的最佳生长条件及其n—型层、绝缘层的性质

本文研究了GaN在蓝宝石衬底上的成核和生长过程。用最佳生长参量制得平整、透明、重复性好的大面积GaN层。在n——型GaN层上生长;掺Zn的GaN多层结构。在此结构上制作的器件呈现出从橙色至深蓝色的电致发光。该发光是在低电压下得到的:2.4V为橙色,2.6V为黄色,2.8V为绿色,3.2V为蓝色。深绿色和蓝色发光器件的外功率效率约为10~(-3)。     

全息技术制作二维光子晶体蓝宝石衬底提高发光二极管外量子效率

为了提高GaN基发光二极管(LED)的外量子效率,在蓝宝石衬底制作了二维光子晶体.衬底上的二维光子晶体结构采用激光全息技术和感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术制作,然后采用金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)技术在图形蓝宝石衬底(PSS)上生长2μm厚的n型GaN层,4层量子阱和200nm厚的p型GaN层,形成LED结构.衬底上制作的二维光子晶体为六角晶格结构,晶格常数为3.8μm,刻蚀深度为800nm.LED器件光强输出测试结果显示,在PSS上制作的LED(PSS-LED)的发光强度普遍高于蓝宝石平 关键词： 全息 发光二极管 图形蓝宝石衬底 外量子效率     

高效氮化稼发光二极管

法国冈市的RTC实验室和应用物理及电子学实验室联合研制成功高效的绿色和蓝色氮化镓(GaH)发光二极管。在蓝宝石衬底上相继生长n型掺杂的GaN层和p型掺杂的GaN层。制得的蓝色发光二极管外     

淀积在不同小倾角蓝宝石衬底的n型GaN的研究

采用金属有机物化学淀积技术在不同倾角（0°—03°）的蓝宝石衬底上外延n型GaN.通过原子力显微镜观察到n型GaN均呈台阶流生长模式,02°和03°倾角衬底的n型GaN表面台阶朝向相同、分布均匀,明显地看到在0°倾角衬底的n型GaN表面由台阶重构直接导致的台阶朝向随机分布、疏密不匀的形貌.电子背散射分析表明,在0°倾角衬底的n型GaN外延层的应力随外延厚度增加而增加,而02°和03°倾角衬底的n型GaN外延层的应力没有明显的变化.电学和光学特性研究表明,02°和03°倾角衬底的n型GaN有较高的电子浓度和较低的黄光带与近带边强度之比. 关键词： 金属有机物化学淀积 氮化物 原子力显微镜 光致发光     

GaN基异质结缓冲层漏电分析

通过对GaN基异质结材料C-V特性中耗尽电容的比较,得出AlGaN/GaN异质结缓冲层漏电与成核层的关系.实验结果表明,基于蓝宝石衬底低温GaN成核层和SiC衬底高温AlN成核层的异质结材料比基于蓝宝石衬底低温AlN成核层异质结材料漏电小、背景载流子浓度低.深入分析发现,基于薄成核层的异质结材料在近衬底的GaN缓冲层中具有高浓度的n型GaN导电层,而基于厚成核层的异质结材料的GaN缓冲层则呈高阻特性.GaN缓冲层中的n型导电层是导致器件漏电主要因素之一,适当提高成核层的质量和厚度可有效降低GaN缓冲层的背景载流子浓度,提高GaN缓冲层的高阻特性,抑制缓冲层漏电. 关键词： AlGaN/GaN异质结 GaN缓冲层 漏电 成核层     

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     

高阻GaN的MOCVD外延生长

利用金属有机化合物气相沉积(MOCVD)在蓝宝石衬底上生长了高阻GaN薄膜。对GaN成核层生长的反应室压力、生长时间和载气类型对GaN缓冲层电学特性的影响进行了分析。实验结果表明,延长GaN成核层的生长时间,降低成核层生长时的反应室压力,载气由H₂换为N₂都会得到高阻的GaN缓冲层。样品的方块电阻R_s最高为2.49×10¹¹ Ω/□。以高阻GaN样品为衬底制备了AlGaN/AlN/GaN结构HEMT器件,迁移率最高达1 230 cm²/(V·s)。     

AIN/蓝宝石模板上生长的GaN研究

研究了在分子束外延制备的AIN/蓝宝石模板上采用金属有机物化学气相外延生长的非故意掺杂GaN的材料性质.采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和原子力显微镜研究了AIN模板的晶体质量和表面相貌对GaN的影响.结果表明,当AIN的表面粗糙度较小时,尽管AIN模板的位错密度较高((102)面XRD ω扫描半高全宽900-1500 arcsec),但生长得到的GaN依然具有和在蓝宝石衬底上采用"二步法"生长的GaN可比拟的晶体质量((002)面XRD ω扫描半高伞宽200-300 arcsec,(102)面400-500 arcsec)和表面粗糙度(0.1-0.2 nm).TEM照片表明GaN中位错密度降低的原因是AIN中的一部分位错在AIN和GaN的界面处被终止而未能延伸至GaN中.这可能是因为Ga原子尺寸较大,具有修复晶格缺陷的作用.而当AIN的表面粗糙度较大时,Ga原子在MOVPE生长过程中的迁移受到影响.得到的GaN晶体质量非常差.此外,采用范德堡法测量的GaN电阻率为105-106Ω·cm,比蓝宝石衬底上生长的GaN高大约6个数量级,这被认为是采用AIN代替GaN低温缓冲层所致.     

蓝宝石邻晶面衬底MBE生长GaN薄膜的瞬态光电导弛豫特性研究

在实验优化MBE工艺条件的基础上，采用蓝宝石(0001)邻晶面衬底制备出了具有较高质量的GaN薄膜.XRD分析表明邻晶面衬底生长的GaN薄膜晶体结构质量明显提高，AFM表征结果显示邻晶面生长的样品表面形貌显著改善.蓝宝石衬底GaN薄膜的瞬态光电导弛豫特性对比实验研究发现，常规衬底生长的GaN薄膜光电导弛豫特性出现双分子复合、单分子复合和弛豫振荡三个过程，持续时间分别为0.91，7.7和35.5ms；蓝宝石邻晶面衬底生长的GaN薄膜光电导弛豫过程主要是双分子复合和单分子复合过程，持续时间分别为0.78和14ms.理论分析表明MBE生长GaN薄膜的持续光电导效应主要起源于本生位错缺陷引发的深能级. 关键词： 邻晶面蓝宝石衬底 GaN薄膜 瞬态光电导 弛豫特性     

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.     

SiO2对多层GaN外延片热应力分布影响的仿真分析

为了研究SiO2对多层结构GaN外延片的热应力的影响,以直径d为40 mm的GaN外延片为研究对象,利用有限元分析法分别对蓝宝石/AlN/GaN和蓝宝石/SiO2/AlN/GaN这两种光阴极组件外延片表面热应力进行理论计算和仿真。在其他结构参数相同的情况下,分别分析了两种光阴极组件外延片径向和厚度方向的应力分布,分析了外延片热应力分布及影响因素。分析结果显示:在1 200 ℃的生长温度下,径向区域内的热应力分布比较均匀,厚度方向的热应力均在衬底和外延层的界面上发生突变。最后分析了外延片生长温度、蓝宝石衬底和GaN、AlN过渡层厚度对表面热应力的影响。     

引入n型InGaN/GaN超晶格层提高量子阱特性研究

利用金属有机物化学气相淀积技术在蓝宝石衬底上生长了InGaN/GaN量子阱结构. 研究了引入n型InGaN薄层或InGaN/GaN超晶格层的量子阱特性,结果表明通过引入n型InGaN薄层或InGaN/GaN超晶格层缓解了量子阱有源区中的应力,改善了多量子阱表面形貌,减少了V型缺陷密度,而且提高了多量子阱的光致发光强度,从而也改进了LED的发光效率. 关键词： InGaN/GaN多量子阱 原子力显微镜 X射线双晶衍射 光致发光     

p型GaN低温粗化提高发光二极管特性

利用金属有机物化学气相沉积技术在蓝宝石衬底上低温生长GaN:Mg薄膜,对不同源流量的GaN:Mg材料特性进行优化研究.研究表明二茂镁(CP2Mg)和三甲基镓(TMGa)物质的量比([CP2Mg]/[TMGa])在1.4×10-3—2.5×10-3范围内,随[CP2Mg]/[TMGa]增加,晶体质量提高,空穴浓度线性增加.当[CP2Mg]/[TMGa]为2.5×10-3时获得空穴浓度与在较高温度生长获得的空穴浓度相当,且薄膜表面较粗糙.采用[CP2Mg]/[TMGa]为2.5×10-3的p型GaN层制备的发光二极管,在注入电流为20mA时,输出光强提高了17.2%.     

气相外延GaN的拉曼散射

测量了在蓝宝石衬底上气相外延生长GaN的拉曼散射谱.除观察到已被确认的两个E2,一个A1(TO)和一个E1(TO)声于振动以外,在734±3cm-1处观察到一个散射峰且从实验上确认其为GaN的纵向光学声子模E1(LO).而且发现其强度与外延层晶体质量密切相关.A1(TO)和高频E2散射峰相对强度变化显示不同生长条件引起的外延层质量的变化.     

侧向外延生长六方相GaN中堆垛层错的同步辐射表征

本文采用低温光致发光谱研究了蓝宝石(0001)衬底上MOCVD侧向外延生长的六方相GaN中的堆垛层错, 并使用同步辐射XRD方法研究了该堆垛层错以及立方相和六方相GaN的相对取向.     

硅基GaN微腔制作及其激射特性(特邀)

提出了一种新的Si衬底上GaN微盘谐振腔的制备方式,避免了传统Si基GaN器件中晶体质量较差以及外延层较厚对器件性能的影响.本工作中GaN的外延生长使用蓝宝石衬底,随后将外延层转移至硅衬底上进行微盘谐振腔的制备.外延生长时靠近衬底侧的GaN富缺陷层可使用减薄抛光的方式去除,并且通过简单湿法刻蚀二氧化硅牺牲层即可实现Ga...     

蓝宝石衬底上RF-MBE生长的GaN中的极性控制和螺旋位错的降低

近年来人们报道了用MBE方法生长GaN的飞速进展,利用RF-MBE方法可以获得高的GAN生长速率和高的电子迁移率.本文讨论了用RF-MBE方法在蓝宝石衬底上生长GaN过程中的极性控制和螺旋位错的降低.在充分氮化的蓝宝石衬底上直接生长GaN,使GaN的极性控制为N-极性,并用高温生长的AlN核化层实现GaN的Ga-极性.对于N-和Ga-极性的GaN这两种情况,高温生长的AlN中间迭层的引入,可以有效地抑制螺旋位错的扩散.位错的降低使GaN的室温电子迁移率得到提高,对于Ga-极性的GaN,其值为332cm²/V·s;而对于N-极性的GaN,其值为688cm²/V·s.     

磁控反应溅射AlN缓冲层对GaN基LED器件性能的影响

以直流磁控反应溅射法(RMS)在图形化蓝宝石衬底上制备的AlN薄膜作为缓冲层,采用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)外延生长了GaN基LED。与MOCVD生长的低温GaN缓冲层相比,RMS制备的AlN缓冲层具有表面更平整、颗粒更小的形核岛,有利于促进GaN外延的横向生长,减少了形核岛合并时的界面数量和高度差异,降低了缺陷和位错产生的几率。研究结果表明,溅射AlN缓冲层取代传统低温GaN缓冲层后,外延生长的GaN材料具有更高的晶体质量,LED器件在亮度、漏电和抗静电能力等光电特性上均有明显提升。     

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。     

TiAl3 和Ti/TiAl3 非合金化电极n型GaN欧姆接触的实现

在不进行合金化的情况下,首次直接采用TiAl3合金材料作为金属接触电极.在蓝宝石衬底上生长的n型载流子浓度为2×1018 cm-3的GaN上,成功地得到低接触电阻的欧姆接触,并由环形传输线模型方法测得比接触电阻率为3×10-5 Ω*cm2.与通常n型欧姆接触采用的Ti/Al双层结构比较,TiAl3合金结构更容易形成非合金化的n型欧姆接触.在此实验基础上,进一步分析了N空位和界面层处的TiAl3在形成非合金化或低温退火欧姆接触中发挥的作用,由此设计的Ti/TiAl3/Ni/Au接触结构,在TiAl3合金结构基础上明显地降低了接触电阻率.