GaN生长速率的研究

采用在位监控方法研究了MOCVD系统中GaN材料的外延生长速率与NH3流量、TMGa流量、Ⅴ/Ⅲ比等生长参数的关系.GaN生长速率随NH3流量的提高先增加后减小,而随TMGa流量的增加线性的增加.在不同NH3流量的情况下,GaN生长速率随TMGa流量增加的速率不同.GaN的生长速率与Ⅴ/Ⅲ比没有直接的关系,而与NH3,TMGa等条件有关.实验结果表明,MOCVD系统中存在着较强的预反应.预反应的程度与TMGa的流量成正比.

Twinning in Low-Temperature MOCVD Grown GaN on (001) GaAs Substrate

GaN buffer layers (thickness ～60nm) grown on GaAs(001) by low-temperature MOCVD are investigated by X-ray diffraction pole figure measurements using synchrotron radiation in order to understand the heteroepitaxial growth features of GaN on GaAs(001) substrates. In addition to the epitaxially aligned crystallites,their corresponding twins of the first and the second order are found in the X-ray diffraction pole figures. Moreover, { 111 } q scans with χ at 55° reveal the abnormal distribution of Bragg diffractions. The extra intensity maxima in the pole fig ures shows that the process of twinning plays a dominating role during the growth process. It is suggested that the polarity of { 111 } facets emerged on (001) surface will affect the growth-twin nucleation at the initial stages of GaN growth on GaAs(001) substrates. It is proposed that twinning is prone to occurring on { 111 } B, N-terminated facets.

缓冲层厚度对MOCVD法生长GaN外延薄膜性能的影响

本文研究了低温GaN(LT-GaN)缓冲层表面形貌,其随厚度的变化规律及对随后生长GaN外延膜各项性能的影响.用场发射扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)研究LT-GaN缓冲层表面形貌,发现随着厚度的增加,其表面由疏松、粗糙变得致密、平整,六角GaN小晶粒的数量减少,且取向较为一致.用X光双晶衍射(XRD)、AFM和Hall测量研究1μm厚本征GaN外延薄膜的结晶质量、表面粗糙度、背底载流子浓度和迁移率等性能,发现随着LT-GaN缓冲层厚度的增加:XRD的半高宽FWHMs增大,表面粗糙度先减小后又略有增大,背底载流子浓度则随之减少,而迁移率的变化则不明显.通过分析进一步确认LT-GaN缓冲层的最优生长时间.

p型GaN的掺杂研究

采用正交实验设计方法设计p型GaN的生长,通过较少的实验,优化了影响p型GaN性质的三个生长参数:Mg流量、生长温度和Ⅴ/Ⅲ比.过量的Mg源流量、过高的生长温度、过大的Ⅴ/Ⅲ比都会降低自由空穴浓度.还研究了退火温度对p型GaN的载流子浓度和光学性质的影响.实验结果表明,700～750℃范围为最佳退火温度.

MOCVD生长Mg掺杂GaN的退火研究

用MOCVD技术在50mm蓝宝石衬底(0001)面上生长了GaN∶Mg外延膜,对样品进行热退火处理并作了Hall、双晶X射线衍射(DCXRD)和室温光致发光谱(PL)测试.Hall测试结果表明,950℃退火后空穴浓度达到5×1017cm-3以上,电阻率降到2.5Ω·cm;(0002)面DCXRD测试发现样品退火前、后的半峰宽均约为4′;室温PL谱中发光峰位于2.85eV处,退火后峰的强度比退火前增强了8倍以上,表明样品中大量被H钝化的受主Mg原子在退火后被激活.

Material Growth and Device Fabrication of GaN-Based Blue-Violet Laser Diodes

Studies on first GaN-based blue-violet laser diodes(LDs) in China mainland are reported.High quality GaN materials as well as GaN-based quantum wells laser structures are grown by metal-organic chemical vapor deposition method.The X-ray double-crystal diffraction rocking curve measurements show the full-width half maximum of 180" and 185" for (0002) symmetric reflection and (10(-1)2) skew reflection,respectively.A room temperature mobility of 850cm2/(V·s) is obtained for a 3μm thick GaN film.Gain guided and ridge geometry waveguide laser diodes are fabricated with cleaved facet mirrors at room temperature under pulse current injection.The lasing wavelength is 405.9nm.A threshold current density of 5kA/cm2 and an output light power over 100mW are obtained for ridge geometry waveguide laser diodes.

GaN外延材料中持续光电导的光淬灭

研究了非故意掺杂和掺Si的n型GaN外延材料持续光电导的光淬灭.实验发现,非故意掺杂GaN的持续光电导淬灭程度远大于掺Si的n型GaN;撤去淬灭光后前者的持续光电导几乎没有变化,后者却明显减小;稍后再次加淬灭光,前者的持续光电导仍无变化,而后者却明显增加.作者认为两者持续光电导的形成都与空穴陷阱有关,用空穴陷阱模型解释了非故意掺杂GaN持续光电导的形成以及淬灭过程;掺Si的n型GaN的持续光电导是电子陷阱(杂质能级)和空穴陷阱共同作用的结果,并且在持续光电导发生的不同阶段其中一种陷阱的作用占主要地位.

AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应研究进展

简要回顾了AlGaN/GaN HEMT器件电流崩塌效应研究的进展,着重阐述了虚栅模型、应力模型等几种解释电流崩塌效应形成机理的模型和器件钝化、生长盖帽层等减小电流崩塌效应的措施.

高性能1mm AlGaN/GaN功率HEMTs研制

报道了基于蓝宝石衬底的高性能1mmAlGaN/GaNHEMTs功率器件.为了提高微波功率器件性能,采用新的欧姆接触和新型空气桥方案.测试表明,器件电流密度为0.784A/mm,跨导197mS/mm,击穿电压大于40V,截止态漏电较小,1mm栅宽器件的单位截止频率达到20GHz,最大振荡频率为28GHz,功率增益为11dB,功率密度为1.2W/mm,PAE为32%,两端口阻抗特性显示了在微波应用中的良好潜力.

AlGaN/GaN异质结中极化效应的模拟

提出了一种将极化效应引入GaN基异质结器件模拟中的方法.在传统器件模拟软件中,通过在异质结界面插入δ掺杂层,利用其离化的施主或受主充当极化产生的固定电荷从而引入极化效应.模拟了Ga面生长和N面生长的AlGaN/GaN单异质结,结果显示只有前者在异质结界面有载流子限制效应,而后者没有;Ga面生长的AlGaN/GaN异质结界面处自由电子面密度随Al组分以及AlGaN的厚度增加而增加.以上模拟结果与其他报道中的实验以及计算结果一致,说明该方法可有效地将极化效应引入GaN基异质结器件的模拟中.

缓冲层生长压力对MOCVD GaN性能的影响

利用自制的在位监测系统, 研究了用金属有机物化学气相外延法(MOCVD)在蓝宝石衬底上生长GaN时, GaN低温缓冲层的生长压力对高温生长GaN外延层性能的影响规律. 在位监测曲线及扫描电子显微镜(SEM)分析结果表明, 缓冲层生长压力越大, GaN缓冲层退火后成核中心体积越小, 表面粗糙度越大, 高温生长GaN岛间合并延迟. X射线衍射(XRD)和光致发光谱(PL)测量结果表明, GaN缓冲层生长压力增大时外延的GaN结晶质量得到改善.

In源流量与Ⅲ族流量之比对InGaN/GaN多量子阱性质的影响

利用x射线三轴晶衍射和光致发光谱研究了生长参数In源流量与Ⅲ族流量之比对InGaN/GaN多量子阱结构缺陷(如位错密度和界面粗糙度)和光致发光的影响.通过对(0002)对称和(1012)非对称联动扫描的每一个卫星峰的ω扫描,分别测量出了多量子阱的螺位错和刃位错平均密度,而界面粗糙度则由(0002)对称衍射的卫星峰半高全宽随级数的变化得出.试验发现多量子阱中的位错密度特别是刃位错密度和界面粗糙度随In源流量与Ⅲ族源流量比值的增加而增加,导致室温下光致发光性质的降低,从而也证明了刃位错在InGaN/GaN多量子阱中充当非辐射复合中心.试验同时发现此生长参数对刃位错的影响远大于对螺位错的影响.

基于双肖特基接触GaN薄膜特性参数测试新方法

提出了一种GaN薄膜电学参量测试新方法.该方法基于双肖特基结二极管结构,利用非对称的电极图形获取整流特性,从而省去了复杂的欧姆接触形成工艺,可方便地导出电子电导迁移率和肖特基接触理想因子等特征参数.对残留载流子浓度为7×1016 cm-3 的非故意掺杂GaN薄膜进行了试验,新方法得到Ni/Au-GaN肖特基接触的理想因子为2.8,GaN薄膜方块电阻为491Ω和电子电导迁移率为606cm2/(V·s).这些典型参数与利用欧姆接触实验和普通Ni/Au-GaN肖特基二极管测试所得结果较为吻合.该方法为半导体薄膜测试提供了新思路,可推广用于难以形成良好线性欧姆接触或材料特性受欧姆接触工艺影响较大的外延材料及其金半接触的监测研究.

脊形结构GaN蓝光激光器的热模拟分析

利用二维热传导模型分析了GaN激光器的温度特性.计算了有源区在连续工作条件下的最大温升,分析了激光器工作时的功率密度和p电极比接触电阻率等参数对温度特性的影响.模拟结果表明,采用不同衬底和不同装配形式对器件温度特性的影响很大,正装形式下,窄的脊形条宽能提高器件的高温工作稳定性.

GaN基蓝光激光器光场特性模拟

采用有限差分法对GaN基多量子阱(MQWs)脊形激光器进行二维光场模拟.InGaN和AlGaN材料的折射率分别由修正的Brunner以及Bergmann方法得到.分析了激光器单模特性和远场发散角同器件的脊形刻蚀深度和脊形条宽的关系.研究了在脊形上用Si/SiO2膜取代传统SiO2介质膜这种新的脊形设计对激光器结构参数的影响.模拟结果发现,脊形条宽越窄,脊形刻蚀深度越深,平行结平面方向的发散角越大,但由此会引起单模特性不稳定,两者之间有一个折衷值.通过引入新的脊形设计,可以降低对器件刻蚀深度精度的要求,同时有很好的单模稳定性.