Ni基电极淀积前后表面处理对p-GaN欧姆接触的影响

在p-GaN上蒸发Ni/Au电极前,采用王水、HCl、缓冲HF进行前表面处理,O_2气氛下退火后,比较各电极样品的I-V特性和表面形貌.结果显示无表面处理时接触电阻最小,且溶剂处理后残留的电解质会影响电极的电流特性和稳定性.用俄歇电子能谱(AES)测试不同元素随深度分布情况,发现高温退火过程中NiO的形成有自动清洁p-GaN表面的作用,因此对于Ni基电极前表面处理不是必需的.再将样品用10%草酸溶液处理,其I-V特性显示接触电阻率明显下降;X射线光电子能谱(XPS)测试显示草酸溶液处理后电极表面Ni含量显著减少,而Au元素信号峰增强,说明表面高阻P型NiO被有效除去,对改善接触性能具有实际意义.

NiO removal of Ni/Au Ohmic contact to p-GaN after annealing

The Ni/Au contact was treated with oxalic acid after annealing in O_2 ambient, and its I-V characteristic showed the property of contact has been obviously improved. An Auger electron spectroscopy (AES) depth pro-file of the contact as-annealed showed that the top layer was highly resistive NiO, while an X-ray photo-electron spectroscopy (XPS) of oxalic acid treated samples indicated that the NiO has been removed effectively. A scanning electron microscope (SEM) was used to observe the surface morphology of the contacts, and it was found that the lacunaris surface right after annealing became quite smooth with lots of small Au exposed areas after oxalic acid treatment. When the test probe or the subsequently deposited Ti/Au was directly in contact with these small Au areas, they worked as low resistive current paths and thus decrease the specific contact resistance.

GaN基激光器的特性

GaN基激光器具有广泛的应用.如何获得平整腔面是蓝宝石衬底上制作GaN激光器的困难之一.通过对解理面的分析和不同衬底厚度时腔面形貌的比较,发现减薄衬底可以有效降低腔面粗糙度.当外延片厚度减薄至50μm时,获得近似镜面的腔面.激光器的测量证实了腔面的改善可以降低阈值电流,增加斜率效率.利用二维光波导模型计算了脊形高度对限制因子和远场分布的影响.计算结果说明,增加脊形高度可以增加限制因子,降低远场纵横比.通过测量具有不同脊形高度的器件,证实了脊形高度增加,阈值电流降低、远场纵横比减小.

第一性原理研究Mg,Si和Mn共掺GaN

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法(PWP)计算Mg,Si和Mn共掺GaN电子结构和光学性质,分析比较计算结果.计算表明:掺杂后体系均在能隙深处产生自旋极化杂质带,具有半金属性,能产生自旋注入.与Mn掺杂GaN比较,Mg共掺后能使居里温度(TC)升高,并在1.0eV出现源于Mn4+离子基态4T1(F)到4T2(F)态跃迁的较强的光吸收,而Mn掺杂GaN时位于1.3eV处的吸收峰消失;Si共掺后没能使TC升高,且在低能区无光吸收现象.

Mn掺杂GaN电子结构和光学性质研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法计算不同Mn浓度掺杂GaN晶体的电子结构和光学性质.计算结果表明Mn掺杂GaN使得Mn 3d与N2p轨道杂化,产生自旋极化杂质带,材料表现为半金属性,非常适于自旋注入,说明该种材料是实现自旋电子器件的理想材料,折射率在带隙处出现峰值,紫外区光吸收系数随Mn浓度的增加而增大.

以金属为缓冲层在Si（111）上分子束外延GaN及其表征

用电子束蒸发方法在Si（111）衬底上蒸发了Au/Cr和Au/Ti/Al/Ti两种金属缓冲层,然后在金属缓冲层上用气源分子束外延（GSMBE）生长GaN.两种缓冲层的表面都比较平整和均匀,都是具有Au（111）面择优取向的立方相Au层.在Au/Cr/Si（111）上MBE生长的GaN,生长结束后出现剥离.在Au/Ti/Al/Ti/Si（111）上无AlN缓冲层直接生长GaN,得到的是多晶GaN;先在800℃生长一层AlN缓冲层,然后在710℃生长GaN,得到的是沿GaN（0001）面择优取向的六方相GaN.将Au/Ti/Al/Ti/Si（111）在800℃下退火20min,金属层收缩为网状结构,并且成为多晶,不再具有Au（111）方向择优取向.

A High Performance AlGaN/GaN HEMT with a New Method for T-Gate Layout Design

We propose and fabricate an A1GaN/GaN high electron mobility transistor （HEMT） on sapphire substrate using a new kind of electron beam （EB） lithography layout for the T-gate. Using this new layout,we can change the aspect ratio （ratio of top gate dimension to gate length） and modify the shape of the T-gate freely. Therefore, we obtain a 0.18μm gate-length AlGaN/GaN HEMT with a unity current gain cutoff frequency （f_T） of 65GHz. The aspect ratio of the T-gate is 10. These single finger devices also exhibit a peak extrinsic transconductance of 287mS/mm and a maximum drain current as high as 980mA/mm.

GaN基垂直腔面发射激光器的研制

作者在我国大陆首次实现了GaN基垂直腔面发射激光器（VCSEL）的激射．首先采用金属有机物化学气相沉积（MOCVD）技术在蓝宝石衬底上进行高质量氮化物增益区的外延生长．然后在表面沉积高反射介质膜分布布拉格反射镜（DBR）．将样品键合到其它支撑片上后，采用激光剥离技术将蓝宝石衬底去除．再在去除蓝宝石后露出的氮化物表面沉积第二组介质膜DBR制成VCSEL．在室温光泵条件下，观察到VCSEL的激射．激射波长449．5nm。阈值6．5mJ／cm~2．激射峰的半高宽小于0．1nm，这些指标达到了国际领先水平．本文为进一步研制实用化氮化物VCSEL奠定了重要的基础．

两步合金法制作p-GaN高反电极

利用两步合金法获得了能与p-GaN形成良好欧姆接触的高反射电极。电极的构成采用透明电极+高反射金属方案,厚的Ag层或Al层覆盖在合金后的Ni/Au上以提高电极的反射率,以Pt和Au作为覆盖层,可有效地防止Ag的氧化和团聚,短时间的热处理有助于Ag基电极反射率的提高。可靠性测试表明Ag基电极的稳定性较好,对于Al基电极,热处理后反射镜上出现暗斑,导致其反射率的下降。最终获得了波长在460nm处反射率为74%的Ag基高反射电极。

AlGaN/GaN型气敏传感器对于C0的响应研究

研究了基于AlGaN/GaN型结构的气敏传感器对于C0的传感性.制备出AlGaN/GaN型气敏传感器器件,并测试得到了器件在50℃时对于不同浓度(1%,9000,8000,5000和1000ppm)的C0的响应情况;测试并分析了1%CO在50和100℃下响应度的差异,计算了通人1%CO前后器件的肖特基势垒高度的变化和灵敏度随电压的分布关系.结果表明,器件的灵敏度强烈依赖于器件的工作温度和通入的气体浓度,随着温度和浓度的增加,器件的灵敏度呈单调增加,器件在100℃空气气氛中表现出了良好恢复性能.

Defect Cluster-Induced X-Ray Diffuse Scattering in GaN Films Grown by MOCVD

High-resolution X-ray diffraction has been employed to investigate the diffuse scattering in a (0001) oriented GaN epitaxial film grown on sapphire substrate. The analysis reveals that defect clusters are present in GaN films and their concentration increases as the density of threading dislocations increases. Meanwhile, the mean radius of these defect clusters shows a reverse tendency. This result is explained by the effect of clusters preferentially forming around dislocations, which act as effective sinks for the segregation of point defects. The electric mobility is found to decrease as the cluster concentration increases.

p-GaN层厚度对GaN基p-i-n结构紫外探测器性能的影响

研究了p-GaN层厚度对GaN基pin结构紫外探测器性能的影响.模拟计算表明:较厚的p-GaN层会减小器件的量子效率,然而同时也会减小器件的暗电流,较薄的p-GaN层会增加器件的量子效率,但是同时也增加了器件的暗电流.进一步的分析表明,金属和p-GaN之间的结电场是出现这种现象的根本原因.在实际的器件设计中,应该根据实际需要选择p型层的厚度.

一种减小GaN基肖特基结构紫外探测器暗电流的方法

提出了一种减小GaN肖特基结构紫外探测器暗电流的方法.该方法是在普通的GaN肖特基结构的表面增加一层薄的p-GaN.模拟计算结果表明,该层p-GaN能增加肖特基势垒高度,从而减小了器件的暗电流,提高了器件性能.进一步的计算还发现,对于P型载流子浓度较高的情况下,只需要很薄的一层p-GaN就能显著增加肖特基势垒高度,对于P型载流子浓度较低的情况下,则需要较厚的一层p-GaN才能有较好的肖特基势垒高度增加效果.

具有场板结构的AlGaN／GaN HEMT的直流特性

研制成功具有场板结构的AlGaN／GaN HEMT器件，对源场板、栅场板器件的性能进行了分析．场板的引入减小了器件漏电和肖特基漏电，提高了肖特基反向击穿电压．源漏间距4μm的HEMT的击穿电压由常规器件的65V提高到100V以上，肖特基反向漏电由37μA减小到5．7μA，减小了一个量级．肖特基击穿电压由常规结构的78V提高到100V以上．另外，还初步讨论了高频特性．

HVPE气相外延法在c面蓝宝石上选区外延生长GaN及其表征

使用气相沉积SiO2和普通光刻以及湿法腐蚀方法，在c面蓝宝石上开出不同尺寸的正方形窗口，在窗口区域中露出衬底，然后使用氢化物气相外延（HVPE）方法选区外延GaN薄膜．采用光学显微镜、原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、高分辨率双晶X射线衍射（DCXRD）和喇曼谱测试（Raman shift）对薄膜进行分析．结果表明，在c面蓝宝石衬底上独立的正方形窗口区域中外延生长的，厚度约20μm的GaN薄膜，当窗口面积为100μm×100μm时，GaN表面无裂纹；而当窗口面积为300μm×300μm和500μm×500μm时，GaN表面有裂纹．随着窗口面积的减小，GaN双晶衍射摇摆曲线的（0002）峰的半高宽（FwHM）减小，表明晶体的质量更好，最小的半高宽为530″，从正方形窗口区的角上到边缘再到中心，GaN的面内压应力逐渐减小，分析认为这与GaN横向外延区（ELO区）与SiO2掩膜之间的相互作用，以及窗口区到ELO区的线位错的90°扭转有关．