GaN薄膜的太赫兹光谱响应研究

目前,太赫兹时域光谱(THz-TDS)已经成为研究固体光学参数及色散关系的有效工具。采用太赫兹时域光谱仪对纤锌矿结构GaN薄膜在0~8.0 THz范围内的吸收光谱、介电常数、折射率以及介电损耗等进行了研究。研究结果表明,频率为4.65 THz的太赫兹响应是由GaN的E2(low)声子振动模式主导的,获得的低频介电常数8.9和高频介电常数6.0与理论值接近;进一步研究了频率在4.24~4.40 THz之间的太赫兹介电常数响应谱,获得的GaN薄膜的中心振动频率与太赫兹吸收光谱一致,介电损耗值很小且逐渐趋近于0,表明GaN有良好的介电特性。得出的结论拓展了GaN基电子元器件在THz波段中的应用,对进一步研究GaN基电子元器件在THz波段的质量与可靠性具有借鉴意义。

多孔GaN薄膜的制备与光学性能研究

将表面沉积有金纳米颗粒的GaN薄膜在H 2与N 2的混合气氛下进行高温退火,成功制备了多孔GaN薄膜。多孔GaN薄膜的表面形貌可通过退火温度、退火时间及金沉积时间等参数进行调控。利用高分辨X射线衍射(HRXRD)和拉曼光谱表征了不同GaN结构的晶体质量,与平面GaN薄膜相比,多孔GaN薄膜的位错密度和残余应力均有所降低,在退火温度为1000℃时其位错密度最小,应力的释放程度较大。采用光致发光(PL)光谱表征了其光学性质,与平面GaN薄膜相比,多孔GaN薄膜的发光强度显著提高,这可归因于多孔结构的孔隙率增大,有效增加了光的散射能力。此外,通过电化学工作站测试了不同GaN结构的光电流密度,结果表明,具有更大比表面积的多孔GaN薄膜在作为工作电极时,光电流密度是平面GaN薄膜的2.67倍。本文通过高温刻蚀手段成功制备了多孔GaN薄膜,为GaN外延层晶体质量与光学性能的提升及在光电催化等领域中的应用提供了一定的理论指导。

生长在图形化蓝宝石衬底上的GaN薄膜光学性质研究

图形化蓝宝石衬底(PSS)技术作为提高LED发光效率的方法之一,一直备受关注。研究了PSS上生长的GaN薄膜的表面形貌、吸收光谱、红外光谱、拉曼散射(Raman)和太赫兹光谱等,并与常规蓝宝石衬底上的GaN外延薄膜进行对比。结果表明,PSS上生长的GaN外延薄膜的表面形貌、光提取效率(LEE)得到明显改善。此研究成果对进一步提高GaN基短波(蓝/紫光)发光二极管(LED)的发光效率具有一定的借鉴意义,为进一步拓展PSS器件的太赫兹响应提供了依据。

不同载气对GaN薄膜外延生长影响的研究进展

氮化镓(GaN)凭借着优越的光学和电学性能使其成为新兴半导体光电产业的核心材料和基础器件,在光电子、微电子以及声电子领域中具有举足轻重的地位和广泛的应用前景。为了获得高品质GaN,对其生长条件的优化从未停止。本文综述了氮气(N2)和氢气(H2)作为载气在利用MOCVD外延生长GaN薄膜中的研究进展,讨论了不同载气的使用对生长机制、薄膜质量和GaN基器件性能的影响。从最优化工艺的角度出发,在生长过程中合理组合使用H2、N2和H2/N2混合气体为载气,并从其生长特点中优化材料性能获得最佳组合是更具优势的生长方案。

GaN薄膜的研究进展

由于GaN薄膜有希望应用在紫外或蓝光发光器件、探测器以及高速场效应晶体管、高温电子器件,GaN材料是当前研究的一个焦点。本文简要介绍了GaN薄膜的制备、衬底选择、掺杂、缓冲层、发光机制和表征等方面的最新进展,指出GaN材料进一步发展需要解决的关键技术问题。

高质量GaN薄膜的MOCVD同质外延生长

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术,在GaN自支撑衬底上同质外延生长了GaN薄膜,得到高质量的GaN外延薄膜。X射线衍射(XRD)结果显示其(002)面摇摆曲线半高宽小于100弧秒,原子力显微镜(AFM)照片上能看到连续的二维台阶流形貌,其表面粗糙度小于0.5 nm,其位错密度低于106cm-3。

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 .

脉冲激光沉积GaN薄膜的结构和光学特性研究

采用准分子脉冲激光 ,在Si(111)衬底上生长了带有AlN缓冲层的GaN薄膜 ,利用X射线衍射 (XRD)、原子力显微镜 (AFM )和光致发光光谱 (PL)等测试手段研究了不同沉积温度所生长的GaN薄膜结构特征和光学性能 .研究表明 :沉积温度影响GaN薄膜结构和光学性能 ,黄带发射峰主要与晶体缺陷有关 在 4 0 0～ 70 0℃沉积范围内随着温度升高 。

铽掺杂纳米晶GaN薄膜的室温可见发光

利用直流磁控反应式共溅射方法制备了GaN∶Tb薄膜。XRD结果显示,该薄膜为纳米晶结构,根据Scherrer公式,计算得到了GaN薄膜晶粒的平均大小为4.8 nm;紫外可见谱表明在可见光区薄膜的平均透过率大于75%,同时利用Tauc公式计算得到了薄膜的光学带隙为3.07 eV;测量了薄膜的室温光致发光谱,获得了Tb3+在可见光区(位于497.0,552.4,594.2以及627.8 nm)的本征发光。

Mn^+注入p型GaN薄膜的结构和磁学特性

用低压MOCVD法在(0001)面的蓝宝石衬底上生长纤锌矿结构的GaN.GaN膜总厚度为4μm,包括0.5μm掺Mg的p型表面层.Mn+离子注入的能量为90keV,剂量为1.0×1015～5.0×1016cm-2,被注入的p型GaN处于室温.对注入样品的快速热退火处理是在N2气流中进行的,温度约为800℃,时间为30～90s.采用X射线衍射(XRD)、卢瑟福背散射(RBS)和原子力显微镜(AFM)研究,发现Mn+注入GaN膜的结构受注入剂量和退火条件的控制.通过超导量子干涉仪(SQUID)分析,在Mn+注入剂量为5.0×1015cm-2、并经850℃退火30s的GaN膜中发现了铁磁性,表明离子注入方法是进行GaN掺杂改性的有效手段.

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。

氮化蓝宝石衬底上GaN薄膜的微结构与光学性质

用透射电子显微镜 (TEM) ,X射线衍射(XRD)和光荧光谱 (PL)等测量手段研究了GaN薄膜的微结构和光学性质。样品是用光辐射加热MOCVD在蓝宝石衬底上制备的。随着衬底氮化时间的增加 ,扩展缺陷的密度显著增加。在位错密度增加一个数量级时 ,XRD摇摆曲线半宽度 (FWHM)由 1 1″增加到 1 5″,PL谱的黄光发射从几乎可忽略增加到带边发射强度的 1 0 0倍。结合生长条件 。

掺铒GaN薄膜光致发光的研究

采用傅立叶变换红外光谱(FT IR)研究了掺铒GaN薄膜光致发光特性。光致发光谱(PL)的测量结果表明:选用退火时间长的电阻加热退火炉退火,有利于薄膜中晶格损伤的恢复。MOCVD,MBE两种方法制备的GaN薄膜,注入铒,退火后的PL谱形状基本一样;薄膜中O,C的含量越大,可能导致1539nm处的PL强度越强。不同衬底对掺铒GaN薄膜的红外光致发光影响很大,在Si衬底上外延生长的GaN样品峰值在1539nm处的PL积分强度只有Al2O3(0001)衬底上外延生长GaN样品的30%。MBE生长的GaN Al2O3样品,注入铒、退火后,当测量温度从15K变化到300K时,样品发光的温度猝灭是30%。

缓冲层对外延生长GaN薄膜性能的影响

用分子束气相外延生长(MBE)法,通过改变缓冲层AlN的生长时间沉积GaN薄膜.用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和拉曼光谱仪(Raman Spectroscropy),测试GaN薄膜的应力、平整度、粗糙度、晶体质量.研究了不同生长时间的缓冲层对GaN薄膜性能的影响,结果发现:生长30 min的缓冲层的样品B中的应力小于生长20 min缓冲层的样品A,并且样品B在晶体质量、平整度、粗糙度方面均优于样品A.

AlGaN成核层对SiC衬底外延GaN薄膜应力及缺陷影响的研究

研究了成核层生长条件对SiC衬底上GaN薄膜晶体质量和剩余应力的影响。采用AlGaN成核层并提高其生长温度,能明显降低SiC衬底上GaN外延层的缺陷密度和剩余应力。GaN薄膜的高分辨XRD摇摆曲线(0002)和(10-12)面的半峰宽达到161 arcsec和244 arcsec,拉曼频移达到567.7 cm-1。成核层的原子力显微镜结果显示GaN薄膜的晶体质量随着成核岛密度的降低而提高。

直流放电辅助脉冲激光沉积Si基GaN薄膜的结构特征

采用直流放电辅助脉冲激光沉积技术 ,在 Si(111)衬底上生长了 Ga N薄膜 .XRD、AFM、PL 和 Hall测量的结果表明在 2～ 2 0 Pa沉积气压范围内 ,提高沉积气压有利提高 Ga N薄膜的结晶质量 ;在 15 0～ 2 2 0 m J/ Pluse入射激光脉冲强度范围内 ,随着入射激光脉冲强度的提高 ,Ga N薄膜表面结构得到改善 .研究发现 ,在 70 0℃衬底温度、2 0 Pa的沉积气压和 2 2 0 m J/ Pluse的入射激光脉冲强度的优化工艺条件下 ,所沉积生长的 Ga N薄膜具有良好的结构质量和光电性能 .

激光处理GaN薄膜的研究

通过激光损伤实验,报道了GaN薄膜10.6μm CO2激光的损伤阈值是64 J/cm2;为了改善GaN薄膜质量,对其进行了10.6μm CO2激光辐照处理,结果表明,处理后GaN薄膜的缺陷密度明显降低。并对机理进行了分析。

Mn^+离子注入的GaN薄膜的光学性质及其磁性

利用离子注入法将磁性离子 Mn+注入到采用金属有机化学气相沉积法制备的 Ga N薄膜中 ,获得了稀磁半导体 (Ga,Mn) N.光致发光谱结果显示由于 Mn的注入 ,使 Ga N中常见的黄带发射被大大抑制 .在反射和吸收光谱中 ,观察到锰引入的新吸收带 ,分析表明该带是由电荷转移过程和锰引入能级 (价带顶上 310 m e V处 )的吸收组成的 .透射光谱显示 (Ga,Mn) N的光学带隙发生了红移 ,计算表明该红移量为 30± 5 m e V.震动样品磁强计的测量结果证实了 Mn掺杂的 Ga N样品在室温下具有铁磁性 .

MOCVD生长AlGaN薄膜的X光电子能谱

用X光电子能谱和X射线衍射谱方法分析了MOCVD生长的AlGaN薄膜的实际表面形态和晶体结构 基于XPS测量结果 ,通过分析计算 ,发现实际表面除GaN外存在Ga2 O3和Al2 O3及其它与O有关的络合物构成的混合氧化物覆盖层 ,估计覆盖层厚度约 1.2nm XRD结果显示生长的AlGaN薄膜为以GaN(0 0 0 2 )取向为主的多晶结构 。

脉冲激光沉积GaN薄膜

采用脉冲激光沉积技术,在Al2O3(0001)衬底上生长GaN薄膜,利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)研究了不同沉积温度,不同沉积压强对所生长的GaN薄膜晶体结构特征的影响.研究表明,沉积温度影响GaN薄膜结构,在700～750℃沉积范围内随温度升高,所沉积生长的GaN薄膜具有良好的结晶质量.在5～10Pa沉积气压范围内,提高气压有利提高GaN薄膜的结晶质量.