用卢瑟福背散射/沟道技术研究MOVCD方法生长的ZnO薄膜的弹性应变

用卢瑟福背散射/沟道(RBS/Channeling)技术研究了在Al2O3(0001)衬底上用MOCVD方法生长的ZnO薄膜的弹性应变。ZnO薄膜的χmin=5.1%,表明其具有非常好的结晶品质。ZnO薄膜的四方畸变为正,表明其在水平方向是拉应变,垂直方向是压应变。弹性应变由界面向表面逐渐释放,其在界面附近最大,在表面处最小。

用卢瑟福背散射/沟道技术及高分辨X射线衍射技术分析不同Al和In含量的AlInGaN薄膜的应变

利用卢瑟福背散射/沟道技术对在蓝宝石衬底上用金属有机化学气相沉积方法生长的有GaN缓冲层(>2μm)的一系列不同Al和In含量的AlInGaN薄膜进行组分及结晶品质的测量;并结合高分辨X射线衍射技术,通过对AlInGaN的对称(0002)面,及非对称(1015)面的θ—2θ扫描及倒空间扫描,可以精确测定AlInGaN外延层的晶格常数及水平和垂直方向的应变.实验结果表明AlInGaN薄膜中不同含量Al和In对其应变有较大的影响,结合Vegard定理,对这一现象给出了理论的解释.

用卢瑟福背散射/沟道技术研究ZnO/Zn_(0.9)Mg_(0.1)O/ZnO异质结的弹性应变

利用卢瑟福背散射/沟道技术对射频等离子体辅助分子束外延法生长在蓝宝石衬底上的ZnO/Zn0·9Mg0·1O/ZnO异质结进行了组分分析,并得到了异质结弹性应变随深度的变化,应变由界面向表面逐渐释放,并由负变正,且在ZnO与Zn0·9Mg0·1O界面处轻微增大.负的应变是由于ZnO与衬底的晶格失配和热失配,而逐渐变为正值是Zn0·9Mg0·1O与ZnO的晶格常数差异及弹性应变的逐渐释放所致.

Si衬底上ZnO外延膜结构性质的比较

采用连通式双反应室高温MOCVD系统在Si衬底上外延ZnO薄膜,通过卢瑟福背散射/沟道(RBS/C)及高分辨X射线衍射(HR-XRD)技术对不同衬底条件的ZnO外延膜进行了组分及结构分析,结果表明在采用SiC缓冲层后,Si(111)衬底上ZnO(0002)面衍射峰半高宽明显减小,缺陷密度降低,单晶质量显著变好,c轴方向应变由0·49%变为-0·16%,即由拉应变变为压应变且应变值变小,说明SiC缓冲层可以有效地减小ZnO与Si衬底晶格失配带来的应变,改善外延膜质量,实现Si衬底上单晶ZnO的生长.

HVPE生长GaN厚膜的结构和光学性能(英文)

采用自制的立式HVPE设备,在GaN/蓝宝石复合衬底上生长了GaN厚外延膜,利用AFM,SEM,XRD,RBS/Channeling,CL,PL以及XPS等技术分析了厚膜的结构和光学性能.结果表明,外延层表面具有台阶结构,接近以层流生长方式二维生长,一些六角形的坑出现在膜表面,坑区具有很强的发光.腐蚀试验显示EPD仅8×106cm-2;XRD和RBS/channeling表明GaN膜具有较好的晶体质量;PL结果也证明外延层具有高的质量,出现了尖锐的带边峰,半高宽仅67meV,同时出现了黄带和红外带,这些带的出现可能是由本征缺陷和C,O等杂质引起的.

有机源载气对MOCVD生长InGaN薄膜的影响研究

采用MOCVD技术以Al2 O3 为衬底在GaN膜上生长了InxGa1-xN薄膜。以卢瑟福背散射 /沟道技术和光致发光技术对InxGa1-xN/GaN/Al2 O3 样品进行了测试。获得了合金层的组分、厚度、结晶品质及发光性能等信息。研究表明 :在以N2 作主载气的情况下 ,有机源的载气对InxGa1-xN膜的In组分和生长速率影响很大。生长温度为 76 0℃时 ,以 70ml/min的N2 作有机源载气得到的InxGa1-xN膜的In组分为 0 10 ,生长速率为 6 0nm/min ;而以 70ml/min的H2 作有机源载气得到的InxGa1-xN薄膜的In组分为 0 0 6 ,生长速率为10 6nm/min。本文首次报导了载气中含有少量H2 能增大InxGa1-xN薄膜的生长速率的现象。

未掺杂GaN外延膜的结晶特性与蓝带发光关系的研究

采用卢瑟福背散射/沟道技术, X射线双晶衍射技术和光致发光技术对几个以MOCVD技术生长的蓝带发光差异明显的未掺杂GaN外延膜和GaN:Mg外延膜进行了测试。结果表明,未掺杂GaN薄膜中出现的2.9 eV左右的蓝带发光与薄膜的结晶品质密切相关。随未掺杂GaN的蓝带强度与带边强度之比增大, GaN的卢瑟福背散射/沟道谱最低产额增大, X射线双晶衍射峰半高宽增大。未掺杂GaN薄膜的蓝带发光与薄膜中的某种本征缺陷有关。研究还表明,未掺杂GaN中出现的蓝带与GaN:Mg外延膜中出现的2.9 eV左右的发光峰的发光机理不同。

单晶体外延膜四方畸变随深度变化的测试

采用卢瑟福背散射/沟道(RBS/C)实验,对有AlN插入层的GaN/Si样品进行了测试.通过测试分析计算表明:1)薄膜晶体的结晶品质良好,其最小产额χmin=2.5%;2)通过对RBS/C随机谱的模拟,得出样品结构为550 nm-GaN/20 nm-AlN/425 nm-GaN/Si;3)通过对GaN外延膜对称轴[0001]与非对称轴[1213]的角扫描,得出样品在120 nm处的四方畸变,为0.179%,表明GaN外延模的弹性应变在AlN缓冲层的作用下得到释放,避免了外延膜的碎裂,提高了GaN外延膜的结晶品质.

不同退火温度镍注入二氧化钛的结构与磁性

为了证实铁磁性的来源,选用注入剂量相同、退火温度不同的镍注入二氧化钛的4种样品,用同步辐射X线衍射、卢瑟福背散射/沟道实验和超导量子干涉仪,对样品分别进行了θ-2θ扫描、随机谱和沟道谱以及磁性的测试.结果表明:镍注入二氧化钛在高温退火后的结构发生了变化,形成了镍-纳米粒子,其嵌入二氧化钛中的镍-纳米粒子的结构和样品的磁性可以通过退火来调节.随着退火温度的增加,镍-纳米粒子的尺度增加,并且退火温度稳定在1 073 K以上;镍注入二氧化钛中能够测量到铁磁性,其主要原因是金属镍-纳米粒子的形成;另外,其他因素对二氧化钛铁磁性也有贡献,像辐照产生的缺陷、镍原子替位等.

氧离子辐照二氧化钛单晶后的结构与磁性

氧离子辐照二氧化钛单晶可以诱发其铁磁性．辐照后在室温下也能观察到二氧化钛的铁磁性，且时温度依赖性较小．结合x射线衍射实验、卢瑟福背散射／沟道实验、拉曼散射实验谱、电子自旋共振实验谱、超导量子干涉仪实验、单位原子随沟道位移实验，测定了晶格的损伤随辐照流强的增加而增加．发现在氧离子辐照二氧化钛时出现了Ti3＋替代氧空位（Ov）的缺陷复合体，即形成Ti3＋-Ov复合体．这种缺陷复合体导致了局部（TiO6-x）的托曼模式的伸展．说明了Ti3＋结合一个未成对的3d电子是二氧化钛局部铁磁性的起源．

InGaN/GaN多量子阱的组分确定和晶格常数计算

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术以蓝宝石为衬底在n型GaN单晶层上生长了InGaN/GaN多量子阱结构外延薄膜,利用高分辨X射线衍射(HRXRD),卢瑟福背散射/沟道(RBS/channeling),以及光致发光(PL)技术对InGaN/GaN多量子阱结构薄膜分别进行了平均晶格常数计算、In原子替位率计算和In组分的定量分析.研究表明:InGaN/GaN多量子阱的水平和垂直方向平均晶格常数分别为aepi=0.3195nm,cepi=0.5198nm,In原子的替位率为99.3%,利用HRXRD和RBS/channeling两种分析技术计算In的组分分别是0.023和0.026,并与样品生长时设定的预期目标相符合,验证了两种实验方法的准确性;而用室温条件下的光致发光谱(PL)来计算InGaN/GaN多量子阱中In的组分是与HRXRD和RBS/channeling的实验结果相差很大,说明用PL测试In组分的方法是不适宜的.

金属有机化学汽相沉积生长InGaN薄膜的研究

以Al2 O3 为衬底 ,采用金属有机汽相沉积 (MOCVD)技术在GaN膜上生长了InxGa1 -xN薄膜。以卢瑟福背散射 沟道技术和光致发光技术对InxGa1 -xN GaN Al2 O3 样品进行了分析。研究表明 ,金属有机汽相沉积生长高In组分InxGa1 -xN薄膜有一最佳TMIn TEGa摩尔流量比。在一定范围内 ,降低其摩尔流量比 ,合金的生长速率增高 ,In组分提高 ;进一步降低TMIn TEGa摩尔流量比 ,导致In组分下降。研究还表明 ,InGaN薄膜的结晶品质随In组分的增大而下降 ,InGaN薄膜的In组分由 0 0 4增大到 0 10 ,其最低沟道产额比由 4 1%增至 11 0 %。

Si(111)衬底上生长有多缓冲层的六方GaN晶格常数计算和应变分析

利用卢瑟福背散射/沟道技术和高分辨率X射线衍射技术对在Si(111)衬底上利用金属有机化合物气相外延技术(MOVPE)生长有多缓冲层的六方GaN外延膜进行结晶品质计算、晶格常数计算和应变分析.实验结果表明:GaN外延膜的结晶品质为χmin=1·54%,已达到完美晶体的结晶品质(χmin=1%—2%);GaN外延膜的水平方向和垂直方向晶格常数分别为:aepi=0·31903nm,cepi=0·51837nm,基本达到GaN单晶的理论晶格常数(a0=0·3189nm,c0=0·5186nm);通过计算GaN外延膜及各缓冲层的水平应变、垂直应变和四方畸变沿深度的变化,可得出弹性应变由衬底及各缓冲层向表面逐渐释放,并由拉应变转为压应变,最后在GaN外延层应变基本达到完全释放(eT=0).

In_xGa_(1-x)N薄膜的弯曲因子及斯托克斯移动研究

采用常压金属有机化学汽相沉积 (MOCVD)技术以Al2 O3 为衬底在GaN膜上生长了InxGa1-xN薄膜。以卢瑟福背散射 /沟道技术、光透射谱、光致发光光谱对InxGa1-xN/GaN/Al2 O3 样品进行了测试。研究了InxGa1-xN薄膜的弯曲因子及斯托克斯移动。结果表明 ,采用光透射谱、光致发光光谱得到的InxGa1-xN薄膜的禁带宽度一致 ,InxGa1-xN薄膜并不存在斯托克斯移动。InxGa1-xN薄膜的In组分分别为 0 .0 4 ,0 .0 6 ,0 .2 4 ,0 .2 6时 ,其弯曲因子分别为 3.4 0 ,2 .36 ,1.82 ,3.70。随In组分变化 ,InxGa1-xN薄膜的弯曲因子的变化并没有一定的规律 ,表明InxGa1-xN薄膜的禁带宽度随In组分的变化关系复杂。

氧气氛中p-GaN/Ni/Au电极在相同温度不同合金时间下的欧姆接触形成机制和扩散行为

用卢瑟福背散射/沟道技术研究了p-GaN上的Ni/Au电极在氧气氛下相同合金温度(500℃)不同合金时间后的微结构演化,以揭示欧姆接触的形成机制.利用背散射随机谱和RUMP模拟程序研究了电极金属之间的互扩散,用沟道谱探测了电极金属中的氧分布.结合不同合金时间下比接触电阻ρc的变化,发现随着合金时间的延长比接触电阻持续降低,在合金时间60s后降低的速度减慢,Au扩散到GaN的表面,在p-GaN上形成外延结构,O向电极内部扩散反应生成NiO对降低ρc起到了关键的作用,表明合金后Ni/Au双层电极中层反转效应已经发生,这种结构变化是形成欧姆接触的有效机制.在相同合金温度(500℃)不同合金时间中,氧气氛中的p-GaN/Ni/Au电极在合金时间为300s时形成的欧姆接触效果最佳.