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.

Preparation of 50mm 3C-SiC/Si(111) as Substrates Suited for Ⅲ-Nitrides

50mm SiC films with high electrical uniformity are grown on Si(111) by a newly developed vertical low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD) reactor.Both in-situ n- and p-type doping of 3C-SiC are achieved by intentional introduction of ammonia and boron into the precursor gases.The dependence of growth rate and surface morphology on the C/Si ratio and optimized growth conditions is obtained.The best electrical uniformity of 50mm 3C-SiC films obtained by non-contact sheet resistance measurement is ±2.58%.GaN films are grown atop the as-grown 3C-SiC/Si(111) layers using molecular beam epitaxy (MBE).The data of both X-ray diffraction and low temperature photoluminescence of GaN/3C-SiC/Si(111) show that 3C-SiC is an appropriate substrate or buffer layer for the growth of Ⅲ-nitrides on Si substrates with no cracks.

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.

GaN基肖特基结构紫外探测器

在蓝宝石(0001)衬底上采用低压金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法生长GaN外延层结构,以此为材料制作了GaN基肖特基结构紫外探测器.测量了该紫外探测器的暗电流曲线、C-V特性曲线、光响应曲线和响应时间曲线.该紫外探测器在5V偏压时暗电流为0.42nA,在10V偏压时暗电流为38.5nA.在零偏压下,该紫外探测器在250nm～365nm的波长范围内有较高的响应度,峰值响应度在363nm波长处达到0.12A/W,在365nm波长左右有陡峭的截止边;当波长超过紫外探测器的截止波长(365nm左右),探测器的响应度减小了三个数量级以上.该紫外探测器的响应时间小于2μs.

Si衬底和Si-SiO2-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.

Si(111)衬底无微裂GaN的MOCVD生长

采用AlN插入层技术在Si(111)衬底上实现无微裂GaN MOCVD生长.通过对GaN外延层的a,c轴晶格常数的测量,得到了GaN所受张应力与AlN插入层厚度的变化关系.当AlN厚度在7～13nm范围内,GaN所受张应力最小,甚至变为压应力.因此,GaN微裂得以消除.同时研究了AlN插入层对GaN晶体质量的影响,结果表明,许多性能相比于没有AlN插入层的GaN样品有明显提高.

掺铒GaN薄膜的背散射/沟道分析和光致发光研究

采用背散射(RBS)/沟道(channeling)分析和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)研究了掺铒GaN薄膜的晶体结构和光致发光(PL)特性.背散射/沟道分析结果表明:随退火温度的升高,薄膜中辐照损伤减少;但当退火温度达到1000℃,薄膜中的缺陷又明显增加.Er浓度随注入深度呈现高斯分布.通过沿GaN的<0001>轴方向的沟道分析,对于900℃,30min退火的GaN:Er样品,Er在晶格中的替位率约76%.光谱研究表明:随退火温度的升高,室温下样品的红外PL峰强度增加;但是当退火温度达到1000℃,样品的PL峰强度明显下降;测量温度从15K变化到300K时,样品(900℃,30min退火的GaN:Er)的1540nm处PL温度猝灭为30%.

MBE生长的跨导为186 mS/mm的AlGaN/GaN HEMT

用分子束外延(MBE)技术研制出了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)材料,其室温迁移率为1 035 cm2/Vs、二维电子气浓度为1.0×1013 cm-2;77 K迁移率为2 653 cm2/V*s、二维电子气浓度为9.6×1012 cm-2.用此材料研制了栅长为1 μm、栅宽为80 μm、源-漏间距为4 μm的AlGaN/GaN HEMT,其室温最大非本征跨导为186 mS/mm、最大漏极饱和电流密度为925 mA/mm、特征频率为18.8 GHz.另外,还研制了具有20个栅指(总栅宽为20×80 μm＝1.6 mm)的大尺寸器件,该器件的最大漏极饱和电流为1.33 A.

Characteristics of AlGaN/GaN HEMTs Grown by Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy

AlGaN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) materials are grown by RF plasma-assisted molecular beam epitaxy (RF-MBE) and HEMT devices are fabricated and characterized. The HEMT materials have a mobility of 1035cm~2/(V ? s) at sheet electron concentration of 1.0 * 10~(13)cm~(-2) at room temperature. For the de-vices fabricated using the malt-rials,a maximum saturation drain-current density of 925mA/mm and a peak extrinsic iransecmductance of IHfimS/mm are obtained on devices with gate length and width of l/-im and 80/im respectively. The f_t, unit-current-gain frequency of the devices,is about 18. 8GHz.

GaN基蓝光半导体激光器的发展

文章介绍了下一代光存储用半导体激光器--GaN蓝光激光器的发展状况．对衬底材料的发展现状、外延片的生长技术以及激光器的制作工艺都作了论述．阐明了GaN激光器的一些技术路线，如GaN同质生长衬底的发展，侧向外延生长技术的采用以及湿法腐蚀腔面等．另外还介绍了GaN半导体激光器数字多功能光盘(DVD)的实用化进程．

GaN基MSM结构紫外光探测器

在蓝宝石(0001)衬底上采用低压金属有机物公学气相沉积(MOCVD)方法生长GaN外延层，以此为材料，制作了暗电流很小的金属半导体金属（MSM）结紫外光探测器，测量了该紫外光探测器的暗电流和360nm波长光照下的光电流曲线，光响应曲线和响应度随偏压变化的曲线，该紫外光线探测器在5V偏压时暗电流为1.03nA,在10V 偏压时暗电流为15.3nA，在15V偏压下该紫外光探测器在366nm 波长处的响应度达到0.166A/W,在365nm波长左右有陡峭的截止边.从0-15V,该紫外光探测器在360nm波长处的响应度随着偏压的增加而增大.详细地分析了该紫外光探测器的暗电流,光电流,响应度随偏压变化的关系.

立方相GaN的持续光电导

研究了金属有机物化学气相外延（MOVPE）方法生长的非故障掺杂的立方相GaN的持续光电导效应，在六方相GaN中普遍认为持续光电导效应与黄光发射有关，而实验则显示在立方GaN中，持续光电导效应与其中的六方相GaN夹杂有关系，而与黄光发射没有关系，文中提出，立方相GaN与其中的六方相GaN夹杂之间的势垒引起的空间载流子分离是导致持续光电导现象的物理原因，通过建立势垒限制复合模型，解释了立方相GaN的持续光电导现象的物理过程，并对光电导衰减过程的动力学作了分析，对实验数据拟合的结果证明以上的模型和推导是与实验相符的。