GaAs吸收衬底生长的立方相GaN发光二极管的工艺设计与实现

利用光学薄膜原理,计算了采用晶片键合技术来提高以GaAs为衬底的立方相GaN的出光效率的理论可行性.以Ni为粘附层,Ag为反射层的Ni/Ag/Au薄膜体系可以使立方GaN的出光效率从理论上提高2.65倍左右.实验结果证实,利用键合方法实现的以Ni/Ag/Au作为反射膜的样品的光反射率比未做键合的GaN/GaAs样品的光反射率在理论计算的459.2nm处提高了2.4倍.     

立方相GaN的持续光电导

研究了金属有机物化学气相外延(MOVPE)方法生长的非故意掺杂的立方相GaN的持续光电导效应.在六方相GaN中普遍认为持续光电导效应与黄光发射有关,而实验则显示在立方GaN中,持续光电导效应与其中的六方相GaN夹杂有关系,而与黄光发射没有关系.文中提出,立方相GaN与其中的六方相GaN夹杂之间的势垒引起的空间载流子分离是导致持续光电导现象的物理原因.通过建立势垒限制复合模型,解释了立方相GaN的持续光电导现象的物理过程,并对光电导衰减过程的动力学作了分析.对实验数据拟合的结果证明以上的模型和推导是与实验相符的.     

用侧向外延生长法降低立方相GaN中的层错密度

尝试用侧向外延(ELOG)方法来降低立方相GaN中的层错密度.侧向外延是在SiO2/GaN/GaAs图形衬底上进行的,对生长所得的立方相GaN外延层用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)进行了观察和分析,TEM的平面像表明经过ELOG方法生长后,立方相GaN外延层中的层错密度由侧向外延生长前的5×109cm-2降低至生长后的6×108cm-2.双晶X射线衍射(DCXRD)测量给出侧向外延前后外延层ω扫描(002)衍射摇摆曲线的半高宽(FWHM)分别为33′和17.8′,表明晶体质量有了较大改善.对立方相GaN侧向外延过程中层错减少的机制进行了讨论.     

Si衬底上5.1W/mm功率密度的GaN HEMT

利用MOCVD技术在Si（111）衬底上生长了高质量的GaN HEMT材料,1μm厚GaN外延层XRD（002）摇摆曲线半高宽573″,（102）摇摆曲线半高宽668″。通过插入层技术实现2μm厚GaN HEMT材料无裂纹,室温二维电子气迁移率1350cm^2/（V.s）,方块电阻328Ω/□.1mm栅宽GaN微波功率器件饱和电流大于0.8A/mm,跨导大于250mS/mm,2GHz下最大连续波输出功率5.1W,增益9.1dB,附加效率达到35%。     

Effects of GaN cap layer thickness on an AlN/GaN heterostructure

In this study, we investigate the effects of GaN cap layer thickness on the two-dimensional electron gas (2DEG) electron density and 2DEG electron mobility of AlN/GaN heterostructures by using the temperature-dependent Hall measurement and theoretical fitting method. The results of our analysis clearly indicate that the GaN cap layer thickness of an AlN/GaN heterostructure has influences on the 2DEG electron density and the electron mobility. For the AlN/GaN heterostructures with a 3-nm AlN barrier layer, the optimized thickness of the GaN cap layer is around 4 nm and the strained a-axis lattice constant of the AlN barrier layer is less than that of GaN.     

GaN/GaAs(001)外延薄膜的湿法腐蚀特性

对在GaAs (001) 衬底上用金属有机物气相外延(MOVPE)方法生长的GaN薄膜的湿法腐蚀特性进行了研究.所用腐蚀液包括HCl、H3PO4、KOH水溶液以及熔融KOH,腐蚀温度为90～300℃.实验发现不同的腐蚀液在样品表面腐蚀出不同形状的腐蚀坑.KOH溶液腐蚀出长方形的坑,长边平行于(111)A面,表明沿相互垂直的〈110〉晶向的腐蚀特性不同.用不同晶面相对反应性的差别定性解释了腐蚀的这种非对称性.此外,还发现KOH水溶液更有可能用于显示立方相GaN外延层中的层错.     

Pt/n-GaN肖特基接触的退火行为

在金属有机物气相外延(MOVPE)方法生长的非故意掺杂的n-GaN上用Pt制成了肖特基接触,并在250～650℃范围内对该接触进行退火.通过实验发现,Pt与非故意掺杂n-GaN外延薄膜可以形成较好的肖特基接触,而适当的退火温度可以有效地改善Pt/n-GaN肖特基接触的性质.在该实验条件下,400℃温度下退火后的Pt/n-GaN肖特基接触,势垒高度最大,理想因子最小.在600℃以上温度退火后,该接触特性受到破坏,SEM显示在该温度下,Pt已经在GaN表面凝聚成球,表面形成孔洞.     

蓝宝石上高电子迁移率AlGaN/GaN材料的研究

通过优化蓝宝石衬底上GaN材料缓冲层和Mg掺杂生长工艺,获得了高质量的半绝缘GaN缓冲层,同时通过优化AlGaN/GaN异质结材料中AlN插入层的厚度,获得了性能优良的AlGaN/GaN HEMT材料.室温下2DEG载流子面密度为1.21×10013/cm2,迁移率为1970 cm2/V·s,77 K下2DEG迁移率达到13000 cm2/V·s.     

MOCVD生长高Al组分AlGaN材料研究

报道了用MOCVD在蓝宝石衬底上生长日盲型AlGaN基紫外探测器用的高质量AlN、AlGaN材料。通过优化AlN、AlGaN生长的工艺条件,如生长温度、生长压力及Ⅴ/Ⅲ比等,得到了器件级高质量的AlN、AlGaN外延材料。AlN外延膜X射线双晶衍射ω(002)面扫描曲线半高宽为97",ω(102)面扫描曲线半高宽为870",Al0.6Ga0.4N外延膜双晶衍射ω(002)面扫描曲线半高宽为240";使用原子力显微镜(AFM)对两种样品5μm×5μm区域的表面平整度进行了表征,AlN外延膜的粗糙度(Rms)为8.484nm,Al0.6Ga0.4N外延膜的粗糙度为1.104nm;透射光谱测试显示AlN和Al0.6Ga0.4N吸收带边分别为205nm和266nm,且都非常陡峭。     

5 W Si衬底GaN基HEMT研究

介绍了Si衬底上外延生长GaN基HEMT的制备及其直流特性与微波特性的研究结果:栅宽200 μm器件Vgs=0 V时饱和电流密度达0.975 A/mm,最大跨导240 mS/mm,夹断电压-4.5 V,栅漏击穿电压80 V;栅宽1 mm器件,在频率2 GHz下,工作电压Vds=25 V时,连续波输出功率为5.0 W,功率增益为9 dB,功率附加效率为35%.