ZnAl2O4/α-Al2O3复合衬底的制备和GaN薄膜的生长

利用脉冲激光淀积法(PLD)在α-Al₂O₃衬底上淀积了ZnO薄膜, 通过ZnO和α-Al₂O₃固相反应制备了具有ZnAl₂O₄覆盖层的α-Al₂O₃衬底. X射线衍射谱(XRD)表明ZnAl₂O₄薄膜随反应时间由单一(111)取向转变为多晶取向, 然后变为不完全的(111)择优取向. 同时扫描电子显微镜(SEM)照片表明ZnAl₂O₄表面形貌随反应时间由均匀的岛状结构先变为棒状结构, 然后再变为突起的线状结构. 另外, XRD谱显示低温制备的ZnAl₂O₄在高温下不稳定. 在ZnAl₂O₄覆盖的α-Al₂O₃衬底上利用光加热低压MOCVD法直接生长了GaN薄膜. XRD测量表明随ZnAl₂O₄厚度增加GaN由c轴单晶变为多晶, 单晶GaN的摇摆曲线半高宽为0.4°. 结果表明薄ZnAl₂O₄覆盖层的岛状结构有利于GaN生长初期的成核, 从而提高了GaN的晶体质量.     

Synthesis of ZnAl2O4/α-Al2O3 complex substrates and growth of GaN films

With the solid phase reaction between pulsed-laser-deposited (PLD) ZnOfilm and α-Al2O3 substrate, ZnAl2O4/α-Al2O3 complex substrates were synthesized. X-ray diffraction (XRD) spectra show that as the reaction proceeds, ZnAl2O4 changes from the initial (111)-oriented single crystal to poly-crystal, and then to inadequate (111) orientation. Corresponding scanning electron microscope (SEM)images indicate that the surface morphology of ZnAl2O4 transforms from uniform islands to stick structures, and then to bulgy-line structures. In addition, XRDspectra present that ZnAl2O4 prepared at low temperature is unstable at the environment of higher temperature. On the as-obtained ZnAl2O4/α-Al2O3 substrates, GaN films were grown without any nitride buffer using light-radiation heating low-pressure MOCVD (LRH-LP-MOCVD). XRD spectra indicate that GaN film on this kind of complex substrate changes from c-axis single crystal to poly-crystal as ZnAl2O4 layer is thickened. For the single crystal GaN, its full width at half maximum (FWHM) of X-ray rocking curve is 0.4°. Results indicate that islands on thin ZnAl2O4 layer can promote nucleation at initial stage of GaN growth, which leadsto the (0001)-oriented GaN film.     

热退火对 InGaN薄膜性质的影响

对采用金属有机化学气相沉积方法生长的In组分为0.14的InGaN薄膜在不同温度下进行了热退火处理.通过X射线衍射、原子力显微镜、光致发光谱和变温霍尔等测试方法研究了In0.14Ga0.86N薄膜的晶格质量、表面形貌以及光学特性和电学特性随着退火温度的变化情况.结果表明,有利于提高In0.14Ga0.86N薄膜质量的最佳退火温度为500℃.通过对变温霍尔实验数据的拟合,初步分析了退火前后InGaN样品中的多种散射机制以及它们的变化情况.     

GaN缓冲层对生长InN薄膜的影响

采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法生长六方相InN薄膜，利用氮化镓(GaN)缓冲层技术制备了高质量薄膜，得到了其能带带隙0.7eV附近对应的光致发光光谱(PL). 通过比较未采用缓冲层，同时采用低温和高温GaN缓冲层，以及低温GaN缓冲层结合高温退火三种生长过程，发现低温GaN缓冲层结合高温退火过程能够得到更优表面形貌和晶体质量的InN薄膜，同时表征了材料的电学性质和光学性质. 通过对InN薄膜生长模式的讨论，解释了薄膜表面形貌和晶体结构的差异.     

Photoresponse of the In0.3Ga0.7N metal-insulator-semiconductor photodetectors

In0.3Ga0.7N metal-insulator-semiconductor （MIS） and metal-semiconductor （MS） surface barrier photodetectors have been fabricated. The In0.3Ga0.7N epilayers were grown on sapphire by metalorganic chemical vapour deposition （MOCVD）. The photoresponse and reverse current-voltage characteristics of the In0.3Ga0.7N MIS and MS photodetectors were measured. A best zero bias responsivity of 0.18 A/W at 450 nm is obtained for the In0.3Ga0.7N MIS photodetector with 10 nm Si3N4 insulator layer, which is more than ten times higher than the In0.3Ga0.7N MS photodetector. The reason is attributed to the decrease of the interface states and increase of surface barrier height by the inserted insulator. The influence of the thickness of the Si3N4 insulator layer on the photoresponsivity of the MIS photodetector is also discussed.     

掺Er HfO2薄膜材料的光致发光性质

用脉冲激光淀积(PLD)技术和离子注入的方法制备了掺Er氧化铪(HfO2)薄膜样品,观察到了样品中Er离子波长1535nm的室温和变温光致发光(PL)现象.分析了后期不同的退火温度对样品发光强度的影响,发现当退火温度选取800℃时可最大程度减少材料中的晶格损伤和缺陷等非辐射衰减中心,同时光激活Er离子,从而实现最大强度的光致发光.通过对样品光致发光激发(PLE)的测量分析发现,在Er离子的发光过程中除了直接吸收的过程之外还存在着间接激发的过程.HfO2将会成为Er掺杂的一种很好的基质材料.     

界面极化效应对AlxGa1-xN/GaN异质结pin探测器光电响应的影响

设计了正面入射的探测波长范围限制在326～365nm的AlxGa1-xN/GaN异质结pin光电探测器.利用自洽求解薛定谔-泊松方程计算了AlxGa1-xN/GaN异质结在无极化、完全极化和部分极化的能带图,结合光电响应谱的模拟,分析了界面极化效应对AlxGa1-xN/GaN异质结pin紫外光电探测器响应特性的影响并提出了改善方法.     

基于元胞自动机理论的硅各向异性腐蚀模型

根据硅各向异性腐蚀在微观尺度下的特点，基于元胞自动机理论提出了新的腐蚀模拟模型．该模型考虑了腐蚀过程中硅不同晶面的晶体结构特点，并通过引入碰撞理论，综合反映了腐蚀温度和浓度对腐蚀的影响作用．该模型可快速准确地模拟分析各向异性腐蚀工艺过程，对优化工艺有着理论指导作用．     

Ⅲ族氮化物异质结构二维电子气研究进展

本文总结了近年来Ⅲ族氮化物半导体异质结构二维电子气的研究进展。从Ⅲ族氮化物材料晶格结构和特有的极化性质出发,重点讨论了AlGaN/GaN异质结构中二维电子气的性质,总结分析了异质结构中Al组分、势垒层厚度、应变弛豫度、掺杂等对二维电子气浓度和迁移率的影响,同时还涉及AlGaN/GaN/AlGaN,AlGaN/AlN/GaN和AlGaN/InGaN/GaN等异质结构二维电子气性质。     

AlxGa1-xN/GaN异质结构中Al组分对二维电子气性质的影响

通过用数值计算方法自洽求解薛定谔方程和泊松方程,研究了Al组分对AlxGa1-xN/GaN异质结构二维电子气性质的影响,给出了AlxGa1-xN/GaN异质结构二维电子气分布和面密度,导带能带偏移以及子带中电子分布随AlxGa1-xN势垒层中Al组分的变化关系,并用AlxGa1-xN/GaN异质结构自发极化与压电极化机理和能带偏移对结果进行讨论分析.