金属有机物化学气相沉积颗粒物污染及在线氯气清洗工艺研究

近耦合喷淋MOCVD在硅衬底GaN基LED外延生长中优势显著。外延中反应室内颗粒物污染直接影响着晶体质量。通过自主设计加工全316L不锈钢近耦合MOCVD喷头,在近耦合喷淋MOCVD上首次实现了在线氯气清洗并完成工艺优化。利用激光尘埃粒子计数器对硅衬底GaN基LED外延过程中,不同工艺、反应室不同位置颗粒物数量随时间变化、粒径分布进行研究。验证了近耦合喷淋MOCVD在线氯气清洗可行且效果良好。发现抹灰工艺会产生大量颗粒物,10min颗粒物难以稳定。颗粒物污染主要来自加热器,且加热器处颗粒物粒径较大。该结果可为外延工艺优化及相关设备开发提供参考。

金属有机物化学气相沉积法制备铱涂层的形貌与结构分析

采用金属有机物化学气相沉积法,在不通入活性气体的条件下,研究了三乙酰丙酮铱先驱体挥发温度对铱涂层显微结构的影响。在500℃的金属铌和陶瓷石英基片上制备出亮银白色的多晶相铱涂层。分析表明:铌和石英基片上沉积的铱涂层均由两层不同结构的薄膜构成,220℃挥发先驱体沉积出由纳米级颗粒疏松堆积构成的涂层,185℃挥发先驱体沉积出致密的涂层。铱涂层表面光滑均匀,无明显缺陷。

金属有机物化学气相沉积法制备负载型纳米TiO_2光催化剂及性能评价

纳米粉末TiO2是有效的光催化剂,但存在回收困难、分散性差、颗粒易团聚等问题,极大地限制了其在废水处理中的实际应用.为解决上述问题,采用常压金属有机物化学气相沉积技术在活性炭表面沉积构成纳米TiO2固定化非均相光催化剂.XRD图谱表明煅烧温度为773 K时负载的TiO2晶型结构为锐钛矿,873 K时出现金红石相.TEM分析表明负载量为8%(wt)时负载的TiO2颗粒的粒径为10～20 nm;载体负载前后BET面积减少仅为6%.以对氯苯酚(4-CP)为污染物进行了光催化降解实验,结果表明制备的负载型TiO2的光催化活性不仅接近商业粉末光催化剂P25,而且可以重复使用10次其光催化活性保持不变,显示了较好的废水处理应用前景.

金属有机物化学气相沉积同质外延GaN薄膜表面形貌的改善

为了获得高质量的GaN薄膜材料,研究了金属有机物气相沉积系统中GaN插入层对GaN衬底同质外延层表面宏观缺陷和晶体质量的影响.研究发现,插入层生长温度是影响GaN同质外延膜表面形貌和晶体质量的关键因素.由于生长模式与插入层生长温度相关,随着插入层生长温度的降低,外延膜生长模式由准台阶流模式转变为层状模式,GaN同质外延膜表面丘壑状宏观缺陷逐渐减少,但微观位错密度逐渐增大.通过对插入层温度和厚度的优化,进一步调控外延层的生长模式,最终有效降低了外延层表面的宏观缺陷,获得了表面原子级光滑平整、位错密度极低的GaN同质外延膜,其X射线衍射摇摆曲线(002),(102)晶面半峰宽分别为125arcsec和85arcsec,表面粗糙度均方根大小为0.23nm.

金属有机物化学气相沉积法制备的锰掺杂氮化镓薄膜的结构和光学性质

为研究锰价态对掺杂氮化镓薄膜的光学性质影响,采用金属有机物化学气相沉积技术在不同的温度下生长锰掺杂的氮化镓外延薄膜材料。采用原子力显微镜探测不同温度下生长的样品表面;X射线光谱仪探测样品中锰的化学价态;光致荧光谱仪测量不同样品的可见光段和红外波段的光学性质。测试结果表明在900~980℃温度范围,样品表面平整无杂相;此范围为优化的生长温度。其后,在优化的生长温度下,生长重掺杂薄膜样品;X光谱仪测试结果表明锰以2价或3价态形式代替镓原子存在。光致荧光谱测试结果表明,除了在可见光的紫光波段,所有样品均具有8个精细发光结构,不受生长温度影响之外,在其他测试范围,发光性质取决于生长温度。对于在低温下生长的薄膜,可探测到较强的天蓝色发光带,这个发光带是与镓金属在表面积累相关;而对于在相对较高温度下生长的薄膜,可探测到较强的红外发光带,并且具有零声子线和声子伴线的精细结构特征。这个红外发光带是Mn^(3+)内电子自旋允态的~5 T_2→~5 E跃迁而引起的展宽的零声子线和声子伴线;并且声子伴线分别对应于GaN特征拉曼散射峰。上述结果表明,生长温度发生改变,氨气分解产生变化,导致氮空位发生变化,可以使得锰掺杂氮化镓中锰离子充电或放电,改变了价态,从而改变了材料的光学性质。此规律为人工制备具有不同光学性质的材料提供参考。

单源进液金属有机化学气相沉积法工作气压对YBCO薄膜制备的影响研究

基于金属有机化学气相沉积法(MOCVD),在沉积有Y2O3/YSZ/CeO2(YYC)多层过渡层的Ni-W_at.5%金属基带上沉积YBa2Cu3O7-x(YBCO)超导薄膜。通过对单源进液系统的优化,使金属有机源连续稳定地输送到蒸发皿进行闪蒸。优化总气压并通入N2O气氛,以获得高质量的YBCO薄膜。在优化的温度条件下,总压为380Pa,氧气和N2O分压为200Pa(氧气、笑气流量比为5:3),获得了较高的临界电流密度Jc=0.2MA/cm2。在延续织构方面,由CeO2的面外半高宽3.6o降到YBCO(005)峰半高宽的1.8o,由CeO2的面内半高宽5.2o降到YBCO(103)面半高宽的4.8o,织构获得较大改善。

金属有机物化学气相法制备YBCO超导薄膜研究

运用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD),在LaAlO3(LAO)单晶上沉积YBa2Cu3O7-x(YBCO)超导薄膜。通过使用优化的进液装置,使金属有机源连续、稳定地输送至蒸发皿进行闪蒸。通过优化总气压、氧分压等生长条件,获得高质量的YBCO薄膜。在固定的温度条件下,调节反应总气压和氧分压,在总压为380Pa,氧分压为180Pa获得YBCO薄膜临界电流密度Jc=0.6MA/cm2。随着氧分压增大,YBCO薄膜产生a轴取向,(005)峰向左偏移,且薄膜中的Cu/Ba由1.0变化至1.63。在Cu/Ba=1.48时,YBCO薄膜结构与性能较优。

金属有机物化学气相沉积法生长Ga_(2(1-x))In_(2x)O_3薄膜的结构及光电性能研究

采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法在蓝宝石(0001)衬底上制备出了Ga2(1-x)In2xO3(x=0.1—0.9)薄膜,研究了薄膜的结构、电学和光学特性以及退火处理对薄膜性质的影响.测量结果表明:当In组分x=0.2时,样品为单斜β-Ga2O3结构;x=0.5的样品,薄膜呈现非晶结构,退火处理后薄膜结构得到明显的改善,由非晶结构转变为具有(222)单一取向的立方In2O3结构;对于x=0.8,薄膜为立方In2O3结构,退火后薄膜的晶体质量得到提高.在可见光区薄膜本身的透过率均达到了85%以上,带隙宽度随样品中Ga含量的改变在3.76—4.43eV之间变化,且经退火处理后带隙宽度明显增大.

Al预沉积层对金属有机物化学气相沉积方法在Si衬底上生长AlN缓冲层和GaN外延层的影响

采用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)在硅(Si)衬底制备铝/氮化铝/氮化镓(Al/AlN/GaN)多层薄膜,使用光学显微镜(OM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)等手段表征AlN和GaN薄膜的微观结构和晶体质量,研究了TMAl流量对AlN薄膜和GaN薄膜的形核和生长机制的影响。结果表明,预沉积Al层能促进AlN的形核和生长,进而提高GaN外延层的薄膜质量。TMAl流量太低则预沉积Al层不充分,AlN缓冲层的质量取决于由形核长大的高结晶度AlN薄膜与在气氛中团聚长大并沉积的低结晶度AlN薄膜之间的竞争,AlN薄膜的质量随着TMAl流量的升高而提高,GaN薄膜的质量也随之提高。TMAl流量太高则预沉积Al层过厚,AlN缓冲层的质量取决于由形核长大的高结晶度AlN薄膜与Al-Si回融蚀刻之间的竞争,AlN薄膜的质量随着TMAl流量的升高而降低,GaN薄膜的质量也随之降低。

高温退火对AlN外延材料晶体质量的影响

采用高温退火技术改善金属有机物化学气相沉积AlN薄膜材料晶体质量。研究发现较低的生长温度下,Al原子迁移能力弱,外延呈岛状生长模式,形成大量的柱状晶粒,晶粒倾斜、扭曲,晶格原子排列混乱,存在大量的位错和层错缺陷;高温退火时晶格发生重构,晶粒合并,位错和层错缺陷减少,晶格排列整齐,晶体质量得到提升。通过优化生长温度和退火温度,获得了高质量的200 nm厚AlN模板,其(002)和(102)面的X射线双晶衍射摇摆曲线半高宽分别为107 arcsec和257 arcsec,位错密度比退火前降低了2~3个数量级。

具有多MO喷嘴垂直MOCVD反应腔外延层厚度均匀性的优化理论及应用

金属有机物化学气相淀积(metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)作为异质结半导体材料外延的关键手段,其外延层厚度均匀性会直接影响产品的良率.本文将理论与实验相结合,针对3个MO源喷嘴的垂直反应腔MOCVD,将各MO源喷嘴等效为蒸发面源,并引入一等效高度来涵盖MOCVD的相关外延参数,建立外延层厚度与各MO源喷嘴流量间的定量关系,设计并利用EMCORE D125 MOCVD系统外延生长了AlGaAs谐振腔结构,根据实验测得的外延层厚度分布结果,利用最小二乘法对模型参数进行了拟合提取,基于提取的模型参数,给出了优化外延层厚度均匀性的方法.4 in(1 in=2.54 cm)外延片mapping反射谱的统计结果为,腔模的平均波长为651.89 nm,标准偏差为1.03 nm,厚度均匀性达到0.16%.同时外延生长了GaInP量子阱结构,4 in外延片mapping荧光光谱的统计结果为,峰值波长平均值为653.3 nm,标准偏差仅为0.46 nm,厚度均匀性达到0.07%.本文提出的调整外延层厚度均匀性的方法具有简单、有效、快捷的特点,且可以进一步推广至具有4个MO喷嘴以上的垂直反应腔MOCVD系统.

MOCVD生长的中红外高功率量子级联激光器

量子级联激光器(QCL)是中远红外波段的优质光源,具有体积小、重量轻、电光转化效率高等诸多优势,在传感、通信和国防等领域有重要的应用前景。金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术作为更高效的外延方式,应发展适用于QCL的MOCVD外延生长技术以满足快速增长的市场需求。本文报道了全结构由MOCVD技术外延的QCL,通过将传统的“双声子共振”有源区结构修订为“单声子共振结合连续态抽取”结构,减少了电子的热逃逸,改善了器件的温度特性。针对该结构,进一步改变了有源区的掺杂浓度,并对比了不同掺杂浓度对器件性能的影响。腔长8 mm、平均脊宽约6.7μm的较高掺杂有源区器件在20℃下连续输出功率达3.43 W,中心波长约4.6μm,电光转化效率达13.1%;8 mm腔长的较低掺杂有源区器件在20℃下连续输出功率达2.73 W,中心波长约4.5μm,阈值电流仅0.56 A,峰值电光转化效率达15.6%。器件的输出功率和电光转化效率较之前文献报道的MOCVD制备的QCL有明显提高。该结果表明,MOCVD完全具备生长高功率QCL的能力,这对推动QCL的技术进步具有重要意义。

MOCVD Ir薄膜的制备与沉积效果分析

在不通入活性气体的条件下,采用三乙酰丙酮铱金属有机物化学气相沉积方法制备铱薄膜。结果表明:低于190℃长时间加热使先驱体分子结构改变,其C-H和C-O键断裂活性升高,导致沉积薄膜中含有显著数量的碳杂质;高于220℃加热先驱体和550℃沉积,可获得致密连续、无杂质碳并且呈亮银白色的铱薄膜。

脱除氢气流中AsH_3和PH_3的专用浸渍活性炭及滤毒罐(英文)

在半导体领域的金属有机物化学气相沉积 (MOCVD)过程中 ,排出含有剧毒AsH3 和PH3 的氢气 ,必须经过治理达标才能放空。为此 ,在从瑞典引进的MOCVD装置VP5 0 RP中 ,配套使用了德国DragerB3P3滤毒罐。研制出一种新型四元浸渍活性炭及滤毒罐 ,其在同等条件下对氢气流中AsH3 和PH3 的脱除能力为DragerB3P3罐的2倍～ 3倍。

Ⅴ/Ⅲ族气体源流量比对AlGaInP材料MOCVD外延生长的影响

用MOCVD系统外延生长AlGaInP材料时往往要通入过量的PH3来获得足够大的Ⅴ/Ⅲ族气体源流量比,以便得到高质量的晶体结构。分别采用1 000 ml/min和400 ml/min的PH3流量(对应的Ⅴ/Ⅲ比分别为723和289),利用低压金属有机物化学气相沉积(LP-MOCVD)系统生长了AlGaInP材料,并使用MOCVD在位监测(in-situ)软件、X射线双晶衍射仪以及光荧光测试系统等对样品进行了测量分析。发现Ⅴ/Ⅲ比不但会影响AlGaInP材料的生长速度,对外延材料与衬底GaAs的晶格失配度和材料的光学特性也有影响。

感光层厚度对a-GaO_(x)基日盲紫外光电探测器的性能影响研究

为制备高性能日盲紫外光电探测器,采用低温金属有机物化学气相沉积方法制备了非晶氧化镓薄膜。通过对薄膜结构特性测试证明了薄膜的非晶特性,并且薄膜表面较为平坦,光学吸收边位于深紫外波段范围内。在此基础上,研制了日盲紫外光电探测器。随非晶氧化镓感光层厚度由33.2 nm增至133.6 nm,探测器的光电流和暗电流均提升了2个数量级,并且响应度和外量子效率均随感光层厚度提升而增大,探测器的响应度和外量子效率的最大值分别达到2.91 A/W和1419.12%。探测器的厚度依赖特性可归因于界面高缺陷层、光吸收强度以及探测器的几何参数。此外,探测器展现出良好的波长选择性以及时间分辨响应稳定性。

前驱体加热温度对Pt-Ir合金薄膜的成分与沉积速率的影响

以乙酰丙酮铱和乙酰丙酮铂为前驱体,采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)技术在钼基体上沉积了PtIr薄膜。研究了前驱体加热温度对PtIr薄膜结构、成分和沉积速率的影响。结果表明,MOCVD的PtIr薄膜为合金膜,Pt-Ir合金薄膜成分、沉积速率随前躯体加热温度变化而变化,并存在极值点。

MOCVD系统的气体流量自动控制研究

研究了金属有机物化学气相沉积(MOCVD)系统中气体流量的自动控制方法。研究分析了基于质量流量控制器、可编程序控制器和触摸屏的自动控制系统气体流量自动控制方法。该方法提高了MOCVD系统的自动化控制水平,确保了工艺的重复性和稳定性,使得MOCVD系统气体流量控制水平有显著提高。

双有源区结构4.7μm中波红外量子级联激光器

本文报道了一种基于双有源区的4.7μm中波红外量子级联激光器,脊宽为9.5μm,可实现室温连续基横模工作。通过在单有源区中心插入0.8μm InP间隔层,将原有的单有源区转变成双有源区结构,可显著降低器件有源区的峰值温度,同时抑制高阶横模的产生。在288 K温度下,腔长为5 mm的双有源区器件的阈值电流密度为1.14 kA/cm2,连续输出功率为0.71 W,快轴发散角为27.3°,慢轴发散角为18.1°。同采用常规单有源区结构器件相比,采用双有源区结构的器件,其最大光输出功率未出现退化,同时器件慢轴方向由多模变化为基横模,光束质量得到了显著改善。本工作为改善高功率中波量子级联激光器的慢轴光束质量提供了一种解决思路。

Zn、Si掺杂GaAs纳米线的发光性能

为探明掺杂对硅基GaAs纳米线发光性能的影响机理,采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术,以气-液-固(VLS)生长机制为基础,在硅基上实现了Zn和Si掺杂的GaAs纳米线制备。通过变温、变功率光致发光(PL)等表征手段发现,未掺杂与Si掺杂GaAs纳米线具有更优异的发光质量,带隙随温度的变化规律符合Varshni公式,发光来源为自由激子复合(α>1)。而Zn掺杂纳米线的发光峰出现极大展宽,发光来源为缺陷或杂质相关跃迁(α<1),峰位随激发功率的变化规律与P^(1/3)成正比。结合透射电子显微镜(TEM)测试结果进一步表明,Zn掺杂纳米线中出现了纤锌矿/闪锌矿(WZ/ZB)混合结构,是导致GaAs纳米线发光质量变差的主要原因。