利用金属键合和激光剥离技术制备GaN/metal /Si异质结构的研究

利用金属键合和激光剥离将生长在蓝宝石衬底上的GaN薄膜转移到Si衬底上。键合后采用波长为248nm的准分子脉冲激光辐照蓝宝石衬底,低温处理去除蓝宝石衬底。系统地研究不同键合温度和激光能量密度对GaN结构和光学特性的影响。AFM、XRD和PL测试表明：键合温度和激光剥离的能量密度较低,转移衬底后GaN的质量较好;激光剥离的阈值能量密度为300mJ/cm2;键合温度400℃的样品均方根粗糙度（RMS）约为50nm。     

MOCVD生长的[ 1-102]r面蓝宝石衬底上的[11-20 ]a面GaN表面形貌研究

用原子力显微镜和高分辨XRD分析了生长在r面蓝宝石上的a面GaN,a面是无极性的,和c面的最大不同就是无极化电荷,以及由于极化引起的导带弯曲。分别采用高温AlN和低温GaN作为缓冲层生长a面GaN, 用高温AlN作为缓冲层的a面GaN出现了三角坑的表面形貌,而用低温GaN作为缓冲层则出现了褶皱的形貌。对不同缓冲层a面GaN的缺陷形成原因进行了讨论,并且确定了三角坑和褶皱条纹的晶向。     

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.     

Micro-LED蓝宝石衬底AlN上GaN激光剥离研究

为了比较分析纳秒激光和皮秒激光剥离微型发光二极管(micro-LED)时AlN上GaN的热传导效果, 采用了改进的实时紫外光吸收和热传导的激光剥离理论模型进行计算分析的方法, 取得了在不同的激光波长、激光脉冲宽度、激光能量密度下的紫外波段光辐照时和停止辐照后GaN材料热场分布等数据, 并获得了适合micro-LED器件剥离的所用纳秒激光和皮秒激光的阈值条件。结果表明, 激光脉宽、激光波长、激光能量密度是实现激光剥离工艺的关键因素; 较适合的激光波长为209 nm~365 nm的紫外波段; 皮秒激光的剥离效果优于纳米激光, 且激光的脉冲宽度越短, 激光的波长越短, 剥离所需激光脉冲阈值能量也越低, 则对LED芯片区域的热影响也越小。该研究可为开发新型激光剥离设备和相关工艺应用提供重要参考。     

6H-SiC衬底上采用不同厚度AlN缓冲层对GaN外延层的影响

采用不同厚度AlN作为缓冲层在6H-SiC衬底上生长了GaN外延层,并利用X射线衍射,拉曼散射和透射电子显微镜等对GaN性质进行了研究。AlN缓冲层的应变状态对GaN的晶体质量和表面形貌有很大影响。较厚的AlN缓冲层会导致GaN表面出现裂纹,而太薄的AlN缓冲层会导致GaN层较高的位错密度,从而恶化器件性能。分析了GaN产生裂纹和高位错密度的机制,并采用较优厚度（100nm）的AlN缓冲层生长出高质量的GaN外延层。     

蓝宝石上AlN基板的MOCVD外延生长

结合 AlN 成核缓冲层技术和NH3流量调制缓冲层方法,采用 MOCVD 在(0001)面蓝宝石衬底上生长了 AlN 基板,用扫描电镜、原子力显微镜及 X 射线衍射仪对样品进行了表征,结果表明基板无裂纹,其平均粗糙度为0.35 nm,(0002)和(1012)回摆曲线 FWHM 分别为 37"和712".详细论述了AlN基板的生长模式、位错行为和应力释放途径.     

应用厚缓冲层实现蓝宝石上高质量AlN外延层的MOCVD生长

在蓝宝石衬底上采用由低温AlN成核层、中温AlN生长层、温度渐变AlN生长层和高温AlN生长层组成的厚三维生长缓冲层来实现AlN外延层位错密度的减少和应力的释放.用光学显微镜、原子力显微镜(AFM)及X射线衍射仪对样品进行了表征,结果表明所生长外延层表面无裂纹,并显示出清晰的阶梯流表面形貌,其平均粗糙度为0.160 nm,KOH腐蚀坑密度为5.8×108 cm-2,(0002)和(10-12)回摆曲线FWHM分别为210”和396”.详细论述了AlN外延层的生长模式、位错行为和应力释放途径.     

生长于4H-SiC和蓝宝石衬底上的GaN的Raman光谱和高分辨率XRD研究分析

The crystal quality, stress and strain of GaN grown on 4H-SiC and sapphire are characterized by high resolution X-ray diffraction（HRXRD） and Raman spectroscopy.The large stress in GaN leads to the generation of a large number of dislocations.The Raman stress is determined by the results of HRXRD.The position and line shape of the A1 longitudinal optical（LO） phonon mode is used to determine the free carrier concentration and electron mobility in GaN.The differences between free carrier concentration and electron mobility in GaN grown on sapphire and 4H-SiC are analyzed.     

蓝宝石衬底上AIGaN／GaN HEMT自热效应研究

建立了包含“自热效应”的AIGaN／GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）直流I-V特性解析模型。从理论的角度分析了自热效应对AlGaN／GaN HEMT器件的影响，并同已有的实验结果进行了对比，符合较好。证明基于这种模型的理论分析适于AIGaN／GaN HEMT器件测试及应用的实际情况。     

蓝宝石衬底上AlGaN/GaN HEMT自热效应研究

建立了包含“自热效应”的A lG aN/G aN HEM T(高电子迁移率晶体管)直流I-V特性解析模型。从理论的角度分析了自热效应对A lG aN/G aN HEM T器件的影响,并同已有的实验结果进行了对比,符合较好。证明基于这种模型的理论分析适于A lG aN/G aN HEM T器件测试及应用的实际情况。     

基于有限元分析法的激光剥离技术中GaN材料瞬态温度场研究

用有限元分析法模拟计算Al2O3／GaN的激光剥离，分析了采用不同能量密度脉冲激光辐照时GaN材料内的瞬态温度场分布。采用波长248nm的KrF准分子激光器对Al2O3／GaN样品进行激光剥离实验。实验结果与有限元数值模拟结果一致。分析了影响GaN材料温度场分布的因素，在激光光源一定的条件下，温度随时间和深度变化较快。在实现激光剥离时，脉冲激光的能量密度应不低于阈值条件，但为了避免温度过高对器件产生损伤，脉冲激光的能量密度存在上限。多脉冲激光辐照时，脉冲频率是另一关键参量，计算得到了不同能量密度的脉冲激光辐照时频率的选取范围。     

图形衬底上MOCVD生长光学性质改进的GaN

An improved GaN film with low dislocation density was grown on a C-face patterned sapphire substrate （PSS） by metalorganic chemical vapor deposition （MOCVD）. The vapor phase epitaxy starts from the regions with no etched pits and then spreads laterally to form a continuous GaN film. The properties of the GaN film have been investigated by double crystal X-ray diffraction （DCXRD）, atomic force microscopy （AFM） and photoluminescence （PL）, respectively. The full-width at half-maximum （FWHM） of the X-ray diffraction curves （XRCs） for the GaN film grown on PSS in the （0002） plane and the （1012） plane are as low as 312.80 arcsec and 298.08 acrsec, respectively. The root mean square （RMS） of the GaN film grown on PSS is 0.233 nm and the intensity of the PL peak is comparatively strong.     

Improved optical performance of GaN grown on pattered sapphire substrate

An improved GaN film with low dislocation density was grown on a C-face patterned sapphire substrate (PSS) by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD). The vapor phase epitaxy starts from the regions with no etched pits and then spreads laterally to form a continuous GaN film. The properties of the GaN film have been investigated by double crystal X-ray diffraction (DCXRD), atomic force microscopy (AFM) and photoluminescence (PL), respectively. The full-width at half-maximum (FWHM) of the X-ray diffraction curves (XRCs) for the GaN film grown on PSS in the (0002) plane and the (10(1)2) plane are as low as 312.80 arcsec and 298.08 acrsec, respec-tively. The root mean square (RMS) of the GaN film grown on PSS is 0.233 nm and the intensity of the PL peak is comparatively strong.     

GaN/metal/Si heterostructure fabricated by metal bonding and laser lift-off

A process methodology has been adopted to transfer GaN thin films grown on sapphire substrates to Si substrates using metal bonding and laser lift-off techniques. After bonding, a single KrF (248 nm) excimer laser pulse was directed through the transparent sapphire substrates followed by low-temperature heat treatment to remove the substrates. The influence of bonding temperature and energy density of the excimer laser on the structure and optical properties of GaN films were investigated systemically. Atomic force microscopy, X-ray diffraction and photolumi-nescence measurements showed that (1) the quality of the GaN film was higher at a lower bonding temperature and lower energy density; (2) the threshold of the energy density of the excimer laser lift-off GaN was 300 mJ/cm~2. The root-mean-square roughness of the transferred GaN surface was about 50 nm at a bonding temperature of 400 ℃.     

激光剥离GaN/Al2O3材料温度分布的解析分析

分析了脉冲激光作用下GaN的衬底剥离过程。利用简化的一维模型，给出一种比较直观的脉冲激光辐照下GaN／Al2O3材料温度分布的解析形式，得到了分界面温度和脉冲宽度的关系。表明，单脉冲作用下分界面的温度与加热时间的平方根成正比，并得出脉冲过后随着深度变化温度梯度的分布。在连续脉冲作用时，分界面的温度呈锯齿状不断升高。     

蓝宝石衬底上HVPE-GaN厚膜生长

采用氢化物气相外延(HVPE)方法,以蓝宝石作衬底,分别在MOCVD-GaN模板和蓝宝石衬底上直接外延生长GaN.模板上的GaN生长表面平整、光亮,但开裂严重.其(0002)的双晶衍射半高宽最低为141″;蓝宝石衬底上直接生长GaN外延层质量较差,其双晶衍射半高宽为1688″,但不发生开裂.HCl的载气流量对预反应有很大的影响.应力产生于外延层和衬底之间的界面处,界面孔洞的存在可以释放应力,减少开裂.光致发光(PL)谱中氧杂质引起强黄光发射.     

蓝宝石衬底上HVPE-GaN厚膜生长

采用氢化物气相外延(HVPE)方法,以蓝宝石作衬底,分别在MOCVD-GaN模板和蓝宝石衬底上直接外延生长GaN.模板上的GaN生长表面平整、光亮,但开裂严重.其(0002)的双晶衍射半高宽最低为141″;蓝宝石衬底上直接生长GaN外延层质量较差,其双晶衍射半高宽为1688″,但不发生开裂.HCl的载气流量对预反应有很大的影响.应力产生于外延层和衬底之间的界面处,界面孔洞的存在可以释放应力,减少开裂.光致发光(PL)谱中氧杂质引起强黄光发射.     

利用高频PlasmaCVD在蓝宝石衬底上生长立方GaN缓冲层及其光学性

研究了采用高频 Plasma CVD技术在较低温度下 (30 0— 40 0℃ )生长以 Ga N为基的 - 族氮化物的可行性 ,在蓝宝石衬底上生长了 Ga N缓冲层 .热处理后的光致发光谱和 X光衍射表明 ,生长的 Ga N缓冲层为立方相 ,带边峰位于 3.15 e V.在作者实验的范围内 ,最优化的 TMGa流量为 0 .0 8sccm (TMAm=10 sccm时 ) ,XPS分析结果表明此时的 Ga/ N比为 1.0 3.这是第一次在高 / 比下得到立方 Ga N.相同条件下石英玻璃衬底上得到的立方 Ga N薄膜 ,黄光峰很弱 ,晶体质量较好     

预处理蓝宝石衬底上生长高质量 GaN 显示薄膜

采用化学方法腐蚀部分 c-面蓝宝石衬底,在腐蚀区域形成一定的图案,利用 LP-MOCVD 在此经过表面处理的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)、光致发光光谱(PL)、透射光谱分析GaN薄膜的晶体质量和光学质量.分析结果表明,CaN 薄膜透射谱反映出的 CaN 质量与 X射线双晶衍射测量的结果一致,即透射率越大,半高宽越小,结晶质量越好;对蓝宝石衬底进行前处理可以大大改善GaN薄膜的晶体质量和光学质量,其(0002)面及(1012)面XRD半高宽(FWHM)分别降低到 208.80arcsec 及 320.76arcsec,而且其光致发光谱中的黄光带几乎可以忽略.