MOCVD生长非故意掺杂GaN/Si薄膜的电阻率控制研究

本文采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)在Si(111)衬底上生长了非故意掺杂GaN薄膜。高分辨率X射线衍射(HRXRD)和Lehighton非接触面电阻测量系统用来表征GaN外延层的质量和面电阻(Rs)。通过计算HRXRD测量得到的GaN(0002)和(10-12)半高宽(FWHM),估算了GaN外延层中的线性位错密度(TDD)。GaN外延层的Rs和TDD之间的关系被研究。下面GaN初始层生长条件,包括载气种类(H2或N2)、生长温度和生长压力,对上面GaN外延层的影响被讨论和分析。我们认为H2作为载气能提高GaN质量,减少GaN外延层中的TDD,并由于其活泼的化学特性,能通过还原反应去除GaN外延层中的O和C等杂质。另外,下面GaN初始层在低温和高压下生长,更有助于提高GaN质量和减少TDD。下面GaN初始层通过在H2载气、低生长温度(1050℃)和高生长压力(400mba)下外延生长,上GaN外延层的电阻率得到了提高。     

采用高分辨XRD确定AlxGa1-xN／GaN异质结的应变状态

利用高分辨X射线衍射方法,分析了采用金属有机物汽相沉积生长的AlxGa1-xN／GaN薄膜的晶体结构和应变状态。通过（002）和（105）面的倒易空间映射,分析获得AlxGa1-xN／GaN外延层的应变程度,并且计算了不同A1组分的AlxGa1-xN／GaN在倒易空间图上的弛豫方向;同时利用Vegard原理,推导了在双轴应变下A1组分的计算方程式,得出完全应变情况下A1组分为30％,与卢瑟福背散射实验结果比较符合。     

MOCVD Al_xGa_(1-x)N/GaN超晶格结构的界面与表面表征

采用掠入射X射线反射谱技术和原子力显微镜表面形貌技术对AlxGa1-xN/GaN超晶格结构的界面与表面进行了表征,将反射谱数据与X射线衍射结果结合获得了垒层组分及阱层宽度与界面粗糙度的关系.掠入射X射线反射谱的显著强度振荡与原子力显微镜所观察到的台阶流动形貌表明了平整的界面和表面的存在.研究发现,低Al组分(x=0.15)阱宽小的样品界面与表面粗糙度最小.     

纤锌矿AlN/GaN/InN/GaN/AlN量子阱的界面和局域光学声子

基于介电连续模型和Loudon单轴模型,采用转移矩阵法讨论纤锌矿AlN/GaN/InN/GaN/AlN量子阱的界面和局域光学声子模.结果表明在GaN阱区引入InN纳米凹槽使纤锌矿AlN/GaN/AlN量子阱的光学声子发生较大变化.对给定波矢,在不同的频率范围内,存在两种界面光学声子模和两种局域光学声子模.声子色散关系和静电势分布表现出较AlN/GaN/AlN单量子阱更为复杂的形态.     

6H-SiC衬底上InN单晶薄膜的RF-MBE生长

采用射频等离子体辅助分子束外延(RF\|MBE)方法在6H\|SiC衬底上制备纤锌矿结构的氮化铟（InN）薄膜. 利用原位X射线光电子能谱测试确定了InN的修正俄歇参数α′=852.76 eV和Wagner图,  InN的铟氮质量比为1.19; 扫描电子显微镜和原子力显微镜测试表明, 外延InN为网状结构, 表面无铟滴; X射线衍射测试表明, 薄膜为单一c轴择优取向生长, 其摇摆曲线半高宽为32.6 弧分; 室温光致发光峰中心位于1 575 nm处.      

载气对氢化物气相外延生长厚层GaN基片的影响

采用氢化物气相外延(HVPE)法生长出了高质量的厚层GaN基片。用高分辨X射线双晶衍射仪(DCXRD)及测厚仪对以N2和H2、N2混合为载气生长的基片进行测试。结果表明载气中通入H2可获得较高质量的GaN晶体,同时可以大大降低晶片的弯曲度,便于GaN材料的应用。     

AP-MOCVDGaN材料生长特性

研究低温生长GaN过渡层（缓冲层）在AP－MOCVD生长GaN材料过程中的作用，探讨了过渡层的生长温度、时间、氮化时间等参数对GaN材料晶体质量的影响，通过对过渡层的特性参数的分析、优化，获得了X射线双晶衍射半峰宽为6’的GaN外延层．     

Si图形衬底的制备及半极性GaN生长

利用KOH溶液的各向异性腐蚀,通过研究温度、异丙醇(IPA)及超声波振动对Si衬底腐蚀的影响,在Si(001)平面衬底上刻蚀出侧面为(111)面的槽状图形衬底.在此基础上,实现了GaN在Si图形衬底(111)侧面的生长.X射线双晶衍射测量GaN薄膜的Bragg角为18.45°,表明在Si图形衬底上成功生长出了(1-101)半极性GaN薄膜.其X射线衍射峰半高宽为1 556弧秒.     

无电极光助化学腐蚀法制备GaN微/纳米结构及其物性研究

利用K2S2O8作为氧化剂,通过无电极光助化学腐蚀GaN外延层制备多种形貌的GaN微米/纳米结构.采用扫描电子显微镜(SEM)、阴极射线发光图(CL mapping)、高分辨X射线衍射(HRXRD)、拉曼光谱(Raman spectra)和光致发光谱(PL)等先进的表征手段研究腐蚀样品的形貌、晶体结构和光学性质.结果表明:在高浓度的KOH(1 mol/L)和低强度的紫外光照下,腐蚀出高质量的腐蚀坑、微米/纳米柱和纳米线;在低浓度KOH(0.4 mol/L)和高强度的紫外光照下,制备出GaN棱锥,研究发现此微米/纳米锥体阵列为包裹了位错的GaN晶体.在腐蚀液KOH浓度低至0.1 mol/L时,GaN腐蚀样品表面形成大量的晶须,聚集成束,晶须揭露了位错;并探讨了多形貌微米/纳米GaN的形成机理.腐蚀温度和GaN外延层极性对腐蚀形貌也具有明显的影响.     

GaN外延膜厚度的X射线双晶衍射测量

提出了一种利用X射线双晶衍射测量GaN厚度的新方法. 该方法采用GaN积分强度和衬底积分强度的比值与样品厚度的关系来测量GaN外延膜厚度, 此比值与GaN样品厚度在t <2 μm为线性关系. 该方法消除了因GaN吸收造成的影响, 比单纯用GaN积分强度与样品厚度的关系推算GaN外延膜厚度精度更高, 更方便可靠.     

圆锥形图形化蓝宝石衬底对MOCVD生长GaN外延膜的位错密度和应力应变影响

通过金属氧化物化学气相沉积（MOCVD）方法在2．5μm×1．6μm×0．5μm圆锥形图形化蓝宝石衬底（CPSS）和没有图形化平面蓝宝石衬底（uss）上生长GaN外延膜．高分辨率X射线衍射仪（HRXRD）测试结果表明,生长在CPSS上GaN的刃位错的密度比生长在USS上GaN的刃位错密度低得多;从透射电子显微镜（TEM）观察,CPSS可有效地减小GaN外延膜中的线位错密度;拉曼散射谱显示通过CPSS可有效地减小GaN外延膜中的残余应力;比较两种外延膜中的光致发光谱（PL）,能从生长在CPSS上GaN外延膜中观察到强而尖的带边发射．以上结果表明：生长在CPSS上GaN外延膜的质量高于生长在USS上GaN外延膜的质量．     

基于MOVPE和MBE法生成的GaN薄膜的反射、透射光谱测量

使用紫外-可见光分光光度计,研究用金属有机物气相外延(MOVPE)方法生成在蓝宝石衬底上的GaN薄膜的反射光谱、透射光谱以及用分子束外延(MBE)方法生成在碳化硅衬底上GaN薄膜的反射光谱,结果表明,所测的GaN薄膜和体材料的光学吸收边出现在364 nm附近,对应的禁带宽度为3.41 eV.在两种不同衬底上,薄膜的反射谱由于材料晶格常数和热膨胀系数的不同有所差别.     

InGaN多量子阱中载流子的传输和复合发光机制

利用金属有机化学气相沉积技术在蓝宝石衬底上生长了多量子阱结构的InGaN/GaN薄膜,并对其光致发光（PL）特性进行了研究。结果显示该样品的PL谱中有两个主要发光成分,这两个发光成分被认为是分别来自InGaN阱层中的两个分离的相：低In的InGaN母体和富In的量子点,并且它们的积分强度强烈地依赖测试温度和激发功率。这个行为被解释为GaN和InN之间较低的互溶隙导致了InGaN阱层的相分离,并且在这两个相之间存在着光生载流子的传输过程。     

Fabrication and photoluminescence of GaN nanowires prepared by ammoniating Ga_2O_3/BN films on Si substrate

GaN has been considered to be the most promising optoelectronic material for such applications as light emitting diodes (LEDs), laser diodes (LDs) as well as high power electronic devices, due to its large direct energy band gap of 3.39 eV at room tempera…     

纤锌矿氮化物半导体中电子-声子相互作用对表面电子态的影响

采用变分法研究了半无限纤锌矿氮化物半导体中电子表面态问题. 计及电子与表面光学声子相互作用和结构异性的影响导出了系统的有效哈密顿量, 获得了电子表面态能级、电子与表面光学声子相互作用能量分别随表面势垒的变化关系. 对GaN, AlN和InN进行了数值计算.结果表明,电子与表面声子的相互作用使电子的表面能级下降, 并且纤锌矿结构的GaN和AlN中电子-声子相互作用能量较闪锌矿结构大,而对InN情况正好相反.在计算的所有材料中纤锌矿材料的电子表面能级比闪锌矿的低几百meV.电子与表面光学声子相互作用对表面电子态的影响不应被忽略.     

Single-crystal gallium nitride nanotubes

Since the discovery of carbon nanotubes in 1991 (ref. 1), there have been significant research efforts to synthesize nanometre-scale tubular forms of various solids. The formation of tubular nanostructure generally requires a layered or anisotropic crystal structure. There are reports of nanotubes made from silica, alumina, silicon and metals that do not have a layered crystal structure; they are synthesized by using carbon nanotubes and porous membranes as templates, or by thin-film rolling. These nanotubes, however, are either amorphous, polycrystalline or exist only in ultrahigh vacuum. The growth of single-crystal semiconductor hollow nanotubes would be advantageous in potential nanoscale electronics, optoelectronics and biochemical-sensing applications. Here we report an 'epitaxial casting' approach for the synthesis of single-crystal GaN nanotubes with inner diameters of 30-200 nm and wall thicknesses of 5-50 nm. Hexagonal ZnO nanowires were used as templates for the epitaxial overgrowth of thin GaN layers in a chemical vapour deposition system. The ZnO nanowire templates were subsequently removed by thermal reduction and evaporation, resulting in ordered arrays of GaN nanotubes on the substrates. This templating process should be applicable to many other semiconductor systems.     

有机发光二极管中不同金属电极引起的奇特磁效应

采用三类金属阴极材料Ca,Al和Cu（Au）通过分子束沉积和电子束加热方式制备了有机发光二极管ITO/CuPc/NPB/Alq3/金属阴极,并在300,200,150,100,50和15K6个温度下,分别测量了不同电极器件的发光随外加磁场的变化（即Magneto-ElectroLuminescence,MEL）.在室温300K下,发现Ca,Al和Cu（Au）电极器件的MEL在低场（0B50mT）均表现为快速上升;但随磁场（B〉50mT）的进一步增大,Ca和Al电极器件的MEL缓慢变大并逐渐趋于饱和,且与阴极的制膜方式无关;而采用电子束加热方式制备的Cu（Au）电极器件,其MEL却表现出高场缓慢下降;且温度越低,该类Cu电极器件MEL的高场下降更为显著.实验研究表明,Ca和Al电极器件的MEL主要是由超精细耦合作用随外加磁场变化引起的.但电子束加热方式制备的Cu（Au）电极器件的MEL除了超精细耦合作用引起的低场快速上升外,其高场下降的可能机制则是：Cu（Au）电极器件中电子-空穴对的俘获区（e-hCapture Zone）靠近阴极界面,相比较于热蒸发的方式,电子束蒸发的方式更容易使重金属Cu（Au）原子得到更高的能量,使其渗透进相邻的有机层Alq3中,Cu（Au）原子的强自旋轨道耦合作用导致电子-空穴对发生自旋翻转,此为MEL出现高场下降的原因.     

Cr缓冲层对SmCo/Cu薄膜结构及形貌的影响

研究了不同厚度SmCo薄膜的结构以及Cr缓冲层对SmCo/Cu薄膜结构、形貌及性能的影响.结果表明,对于较厚的SmCo薄膜,延长退火时间可有效提高样品的结晶度;Cr缓冲层能够提高样品表面的平整度,降低SmCo平均晶粒尺寸,增强SmCo（002）衍射峰与Cu（111）衍射峰强度之比（R）,从而提高样品的磁性能.同时发现,SmCo/Cu薄膜的磁性能可以通过调节Cr缓冲层厚度进一步得到优化,其中通过调控缓冲层厚度提高R值,形成Cu（111）与SmCo（002）织构,是提高SmCo5/Cu薄膜磁性的关键所在.     

Si83Ge17／Si压应变衬底上HfO2栅介质薄膜的电学性能

本文用射频磁控溅射方法在p-si83Ge17／Si压应变衬底上沉积制备Hf02栅介质薄膜,研究其后退火处理前后的电学性能,并与相同条件沉积在无应变p-Si衬底上Hf02薄膜的电学性能进行对比研究．物性测试分析结果表明,沉积Hf02薄膜为单斜相（m-Hf02）多晶薄膜,薄膜介电常数的频率依赖性较小,1MHz时薄膜介电常数k约为23．8．在相同的优化制备条件下,沉积在si83Ge17／si衬底上的Hf02薄膜电学性能明显优于沉积在Si衬底上的薄膜样品：薄膜累积态电容增加;平带电压‰骤减至-0．06V;电容．电压滞后回线明显减小;-1V栅电压下漏电流密度,减小至2．51 x 10-5A·cm-2．实验对比结果表明Si83Ge17应变层能有效地抑制Hf02与si之间的界面反应,改善HfO2／Si界面性质,从而提高薄膜的电学性能．