脉冲激光双光束沉积掺Mg的GaN薄膜的研究

采用脉冲激光双光束沉积系统在Si(111)衬底上生长了掺Mg的GaN薄膜和未掺杂GaN薄膜。利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、室温范德堡霍尔测量及光致发光(PL)光谱对两类薄膜进行对比分析，结果显示，所生长的GaN薄膜均为六方纤锌矿晶体结构，掺Mg可细化所生长的GaN薄膜晶粒。随着掺Mg量的增加，GaN薄膜无需后处理即可由”型导电转化为p型导电，GaN薄膜的光学性能随p型载流子浓度增大而提高；然而掺Mg却导致GaN薄膜结晶质量下降，掺镁量过大的GaN薄膜中p型载流子浓度反而减少，光致发光中黄发射峰增强较大。研究表明通过优化脉冲激光双光束沉积参数无需任何后处理可直接获得高空穴载流子浓度的p型GaN薄膜。     

激光剥离技术实现GaN薄膜从蓝宝石衬底移至Cu衬底

在GaN薄膜表面电镀厚100μm的、均匀的金属铜作为转移衬底.采用激光剥离技术,在400mJ/cm2脉冲激光能量密度条件下,成功地将GaN薄膜从蓝宝石衬底转移至Cu衬底.激光剥离后Cu衬底上GaN薄膜的扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明,电镀Cu衬底与GaN之间形成致密的结合,对GaN薄膜起到了很好的支撑作用.同时铜的延展性好,使得GaN薄膜内产生的应力得到有效释放,保持了剥离后GaN薄膜的完整性.激光剥离后GaN表面残留物的X射线光电子能谱(XPS)分析显示,激光辐照产生的金属Ga部分与空气中的氧结合形成Ga2O3,这是剥离后GaN表面后处理困难的原因,并给出了相应的解决方法.     

GaN薄膜制备及脉冲激光沉积法的研究进展

介绍了国内外制备GaN材料的历史和现状。分析了GaN材料及其薄膜的各种制备工艺的特点，并详细介绍了采用激光沉积工艺制备GaN薄膜的研究进展。     

Si基GaN薄膜的制备方法及结构表征

分别采用射频磁控溅射、热壁化学气相沉积(CVD)、电泳沉积法制备GaN薄膜。利用扫描电镜(SEM)、荧光光谱仪对样品进行结构、形貌和发光特性的分析比较。射频磁控溅射方法中,把SiC中间层沉淀到Si衬底上,目的是为了缓冲由GaN外延层和Si衬底的晶格失配造成的应力。结果证实了SiC中间层提高了GaN薄膜的质量。热壁化学气相沉积法制备GaN晶体膜时,选择H2作反应气体兼载体,有利于GaN膜的形成。电泳沉积法显示所得样品为六方纤锌矿结构的GaN多晶薄膜。结果表明:溅射法制备的GaN薄膜结晶效果好;CVD法制备时GaN薄膜应用范围广;电泳沉积法操作方便、简单易行。     

图形化蓝宝石衬底表面原位处理对GaN外延薄膜的影响

采用预铺Ga或NH_3氮化等方式原位处理图形化蓝宝石衬底(PSS)表面,然后外延生长了GaN薄膜,研究了PSS表面预处理对GaN薄膜表面形貌、晶体质量以及残余应力的影响。结果显示,PSS经过预铺Ga后生长的GaN薄膜具有平滑的表面和清晰平直的原子台阶,且位错密度最低;氮化后生长的GaN薄膜原子台阶较宽,螺型位错密度较低;衬底未经表面处理生长的GaN薄膜,原子台阶模糊,位错密度最高;同时,与氮化或未经预处理的方法相比,经过预铺Ga的方式预处理PSS表面后生长的GaN薄膜残余应力最小。分析认为,预铺Ga、氮化等方式处理衬底表面,改变了PSS微结构,有利于生长表面平滑、晶体质量高、残余应力小的GaN薄膜。     

Si衬底上侧向外延生长GaN的研究

采用条形Al掩模在Si(111)衬底上进行了GaN薄膜侧向外延的研究.结果显示,当掩模条垂直于Si衬底[11-2]方向,也即GaN[10-10]方向时,GaN无法通过侧向生长合并得到表面平整的薄膜;当掩模条平行于Si衬底[11-2]方向,也即GaN[10-10]方向时,GaN侧向外延速度较快,有利于合并得到平整的薄膜.同时,研究表明,升高温度和降低生长气压都有利于侧向生长.通过优化生长工艺,在条形Al掩模Si(111)衬底上得到了连续完整的GaN薄膜.原子力显微镜测试显示,窗口区域生长的GaN薄膜位错密度约为1×109/cm2,而侧向生长的GaN薄膜位错密度降低到了5×107/cm2以下.     

GaN薄膜表面缺陷密度的提取

在GaN薄膜制备中，薄膜表面缺陷密度提取是改进质量的重要依据。文章通过对若干幅GaN薄膜缺陷图像的分析．提出一种GaN薄膜缺陷密度的提取方法。该方法首先果用闯值分割法二值化背影复杂的GaN薄膜表面图像：然后基于数学形态学方法提取出薄膜表面缺陷的密度；最后给出了薄膜表面缺陷粒径的分布模型。实验结果表明此方法使GaN薄膜表面缺陷提取简单且易于测量，为分析缺陷原因提高薄膜质量起到重要的指导作用。     

AlN缓冲层厚度对脉冲激光沉积技术生长的GaN薄膜性能的影响

在蓝宝石(Al2O3)衬底上应用脉冲激光沉积技术(PLD)生长不同厚度的AlN缓冲层后进行GaN薄膜外延生长。采用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)和扫描电子显微镜(SEM)对外延生长所得GaN薄膜的晶体质量和表面形貌进行了表征。测试结果表明: 相比直接在Al2O3衬底上生长的GaN薄膜, 通过生长AlN缓冲层的GaN薄膜虽然晶体质量较差, 但表面较平整; 而且随着AlN缓冲层厚度的增加, GaN薄膜的晶体质量和表面平整度均逐渐提高。可见, AlN缓冲层厚度对在Al2O3衬底上外延生长GaN薄膜的晶体质量和表面形貌有着重要的影响。     

AlN缓冲层厚度对脉冲激光沉积技术生长的GaN薄膜性能的影响

在蓝宝石(Al2O3)衬底上应用脉冲激光沉积技术(PLD)生长不同厚度的AlN缓冲层后进行GaN薄膜外延生长。采用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)和扫描电子显微镜(SEM)对外延生长所得GaN薄膜的晶体质量和表面形貌进行了表征。测试结果表明:相比直接在Al2O3衬底上生长的GaN薄膜,通过生长AlN缓冲层的GaN薄膜虽然晶体质量较差,但表面较平整;而且随着AlN缓冲层厚度的增加,GaN薄膜的晶体质量和表面平整度均逐渐提高。可见,AlN缓冲层厚度对在Al2O3衬底上外延生长GaN薄膜的晶体质量和表面形貌有着重要的影响。     

GaN薄膜表面形貌与AlN成核层生长参数的关系

采用金属有机物化学气相淀积技术生长了以AlN为成核层的GaN薄膜,研究了成核层生长时三甲基铝(TMAl)流量对最终GaN薄膜表面形貌的影响.研究结果表明,高质量GaN薄膜只能在高TMAl流量下获得,采用充足的TMAl源才能形成满足需要的AlN成核点,这是生长高质量GaN薄膜的一个先决条件.     

采用铟束流保护下的调制中断生长技术改善(0001)GaN表面形貌

使用分子束外延方法,采用In束流保护下的调制中断生长技术,在(0001)蓝宝石衬底上生长GaN薄膜.利用反射式高能电子衍射(RHEED)对生长进行实时监控,并用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)法对GaN外延薄膜的表面形貌和晶体质量进行分析.实验结果表明:采用该技术生长的Ga极性GaN外延薄膜中的晶体表面残留Ga滴密度大大降低,GaN外延薄膜的表面形貌得到改善,其均方根粗糙度(RMS)由3nm降低为0.6nm,同时XRD双晶摇摆曲线测试的结果表明,GaN外延层的晶格质量也得到改善.     

Growth of GaN Films on Si (100) Buffered with ZnO by Ion-Beam-Assisted Filtered Cathodic Vacuum Arc Technique

GaN films have been fabricated on Si (100) substrates with ZnO buffer layers by an ion-beam-assisted filtered cathodic vacuum arc (I-FCVA) technique at␣450°C. GaN films are highly (002)-oriented with a hexagonal structure examined by X-ray diffraction. The room-temperature photoluminescence spectrum of the GaN film exhibits a strong and sharp band-edge emission peak at 3.36 eV. The obtained results demonstrate the potential of the I-FCVA technique for the fabrication of high-quality GaN layers on Si substrates.     

脉冲激光沉积GaN薄膜的研究进展

脉冲激光沉积(PLD)技术凭借其低温生长优势,逐步在GaN薄膜外延领域得到广泛应用。回顾了近年来PLD技术外延生长GaN薄膜的研究进展,包括新型衬底上的GaN薄膜外延研究进展,以及作为克服异质外延的重要手段——缓冲层技术的发展现状。从目前的研究进展可以看出,应用PLD技术制备GaN薄膜及其光电器件具有广阔的发展前景。     

额外HCl和氮化对HVPE GaN生长的影响

在氢化物气相外延(HVPE)生长Ga N过程中,发现了一种在成核阶段向生长区添加额外HCl来改善Ga N外延薄膜质量的方法,并且讨论了额外HCl和氮化对Ga N形貌和质量的影响.两种方法都可以大幅度地改善Ga N的晶体质量和性质,但机理不同.氮化是通过在衬底表面形成Al N小岛,促进了衬底表面的成核和薄膜的融合;而添加额外HCl则被认为是通过改变生长表面的过饱和度引起快速成核从而促进薄膜的生长而改善晶体质量和性质的     

Preparation and characterization of oriented III–V nitride thin films by nebulized spray pyrolysis

Thin films of GaN, InGaN, AlGaN and AlN on Si(1 0 0) as well as on Al₂O₃(0 0 0 1) single crystalline substrates have been deposited at 1123, 1023, 1173 and 1173 K, respectively, by employing the simple inexpensive technique of nebulized spray pyrolysis. GaN films deposited on Si are polycrystalline where as the films deposited on Al₂O₃ are epitaxial. GaN epitaxial films show cathodoluminescence characteristics. Photoluminescence studies show that all the films are of high quality.     

Si衬底和Si-SiO_2-Si柔性衬底上的GaN生长

使用MBE方法在Si(111)衬底和Si SiO2 Si柔性衬底上生长了GaN外延层 ,并对在两种衬底上生长的样品进行了对比分析 .在柔性衬底上获得了无裂纹的外延层 ,其表面粗糙度为 0 6nm .研究了GaN外延层中的应力及其光学性质 ,光致发光测试结果表明柔性衬底上生长的外延层中应力和杂质浓度明显低于直接生长在Si衬底上的样品的值 .研究结果显示了所用柔性衬底有助于改善GaN外延膜的质量     

GaN的RBS/沟道、X射线双晶衍射和光致发光谱

采用卢瑟福背散射及沟道效应、X射线双晶衍射和光致发光谱三种技术对两类未故意掺杂的MOVPE生长的GaN样品进行综合测试.它们在表征GaN单晶膜质量方面结果一致     

Hot plasma chemical vapor deposition of GaN on GaAs(100) substrate

GaN films have been deposited on GaAs(lOO) substrates by a novel growth technique, hot plasma chemical vapor deposition. A radio frequency N plasma source with high power, up to 5 kW, provides an abundance of nitrogen atoms during growth. In addition, strong ultraviolet emissions from the hot plasma irradiate onto the substrate and promote the dissociation of triethylgallium, this results in growth of GaN at very low temperature (even at room temperature). In this paper, we describe the characteristics of hot nitrogen plasma and present the results of the low temperature growth of GaN. In addition, we have investigated the effects of the nitridation of GaAs substrates. Reflection high energy electron diffraction indicates the formation of a surface cubic nitrided layer on the pretreated GaAs. The GaN films grown on fully nitrided GaAs(l00) substrates are of dominantly cubic structures.     

溅射后退火反应法制备GaN薄膜的结构与发光性质

报道了用溅射后退火反应法在 Ga As (110 )衬底上制备 Ga N薄膜 .XRD、XPS、TEM测量结果表明该方法制备的 Ga N是沿 c轴方向生长的六角纤锌矿结构的多晶薄膜 .PL测量结果发现了位于 36 8nm处的室温光致发光峰.     

未掺杂GaN外延膜的结晶特性与蓝带发光关系的研究

采用卢瑟福背散射／沟道技术，X射线双晶衍射技术和光致发光技术对几个以MOCVD技术生长的蓝带发光差异明显的未掺杂GaN外延膜和GaN：Mg外延膜进行了测试。结果表明，未掺杂GaN薄膜中出现的2．9eV左右的蓝带发光与薄膜的结晶品质密切相关。随未掺杂GaN的蓝带强度与带边强度之比增大，GaN的卢瑟福背散射／沟道谱最低产额增大，X射线双晶衍射峰半高宽增大。未掺杂GaN薄膜的蓝带发光与薄膜中的某种本征缺陷有关。研究还表明，未掺杂GaN中出现的蓝带与GaN：Mg外延膜中出现的2．9eV左右的发光峰的发光机理不同。