极性、半极性和非极性InN薄膜的MOCVD外延生长与表征

利用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)技术,在不同晶面的蓝宝石(Al2O3)衬底上实现了极性(0002)面、半极性(11-22)面和非极性(11-20)面InN薄膜的外延生长,并通过多种表征手段对三个不同极性面InN薄膜的结构和光学特性进行了系统研究。X射线衍射(XRD)曲线展示了(0002)、(11-22)和(11-20)面InN较强的衍射峰,表明InN薄膜具有较高的成膜质量。通过扫描电子显微镜(SEM)表面图发现,极性(0002)面InN的表面形貌较光滑,而半极性和非极性InN表面均存在未完全合并的孔洞。光致发光(PL)光谱展示,不同极性面InN的峰值能量在0.63 eV附近,并从极性、半极性到非极性逐渐红移。此外,可见-红外分光光度计测得的透射谱显示,极性(0002)面InN的吸收边约为0.85 eV,而半极性(11-22)面和非极性(11-20)面InN的吸收边约为0.78 eV,表明极性InN具有更大的斯托克斯位移。

非极性a面p型GaN∶Mn薄膜的结构、形貌和铁磁性质

采用离子注入和快速退火技术制备了稀磁非极性a面p型GaN∶Mn薄膜。通过高分辨X射线衍射、原子力显微镜和超导量子干涉仪等测试手段,对样品的结构、形貌和磁性质进行了分析。测试分析结果表明,在退火过程中生成了对样品的铁磁性质起重要贡献的Mn3Ga相,快速退火过程可以有效恢复离子注入过程对样品的损伤,所得非极性GaN∶Mn退火样品具有室温铁磁特性。

非极性GaN用r面蓝宝石衬底

采用温梯法生长了非极性GaN外延衬底r(012)面蓝宝石,使用化学机械抛光加工衬底表面,对衬底的结晶质量、光学性能和加工质量进行了研究.结果显示r面蓝宝石衬底基本性能参数如下:平均半峰宽值为19.4arcsec;位错密度为5.6×103cm-2,波长大于300nm时的平均透过率大于80%;光学均匀性Δn=6.6×10-5;平均表面粗糙度为0.49nm.结果表明,温梯法生长的r(012)面蓝宝石衬底结晶质量好、位错密度低、光学性能优良、加工的表面质量高,达到了GaN外延衬底的标准.

基于三步脉冲生长方法制备的高质量非极性a面AlN模板特性的研究

采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术及三步脉冲生长方法,在半极性r面(22ˉ04)蓝宝石衬底上成功制备了非极性a面(112ˉ0)氮化铝(AlN)模板,并对其结构和光学性质进行了系统研究。与采用传统单一固定温度及单步脉冲方法制备的非极性a面AlN模板相比,本方法制备的非极性a面AlN模板的晶体质量、光学性质和表面形貌均得到较大改善。实际上,通过可变温度及三步脉冲生长方法制备的非极性a面AlN模板,不仅其X射线摇摆曲线和A_(1)(TO)拉曼散射峰的半峰宽均显著减小,且在对应的紫外-可见吸收光谱中也观察到较强的相对透光率和陡峭的吸收边。在5×5μm^(2)的原子力显微镜检测区域内,相应的均方根值最小低至3.4 nm,且非极性a面AlN模板样品呈现优异的表面形貌和较少的表面形变。以上研究结果揭示了采用可变温度及三步脉冲生长方法能够有效地制备高质量的非极性a面(112ˉ0)AlN模板,而该AlN模板在AlGaN基III族氮化物的外延生长中起着至关重要的作用。

Fe掺杂GaN晶体非极性面的光学各向异性研究

本文利用低温光致发光谱(PL)研究了Fe掺杂GaN晶体非极性a面{1120}、m面{1100}的带边峰和Fe^(3+)相关峰(^(4)T_(1)(G)-^(6)A_(1)(S))的偏振发光特性。结果表明:a面与m面光学各向异性差别较小,线偏振光的电矢量E平行于c轴[0001]时(E∥c),GaN带边峰强度最小,而Fe^(3+)零声子峰(1.299 eV)强度最强。带边峰线偏振度小,而Fe^(3+)零声子峰线偏振度大,a面带边峰的线偏振度为26%,Fe^(3+)零声子峰的偏振度在a面和m面分别达到55%和58%。在5 K低温下,进一步测量了Fe^(3+)精细峰和声子伴线的偏振特性,结果表明,除了一个微弱的峰外,其他精细峰和声子伴线与Fe^(3+)零声子峰偏振特性一致。本研究有助于拓展Fe掺杂GaN晶体材料在新型偏振光电器件领域的应用。

非极性a面n-AlGaN外延层的生长与表征

采用金属有机化学气相沉积技术,在半极性蓝宝石衬底上成功生长了具有高电子浓度和良好表面形貌的Si掺杂的非极性a面n-AlGaN外延层。深入研究了铟(In)表面活性剂和无掺杂的AlGaN缓冲层对n-AlGaN的结构特征和电学性能的影响。表征结果表明,利用In表面活性剂和无掺杂的AlGaN缓冲层,非极性a面n-AlGaN外延层的晶体质量的各向异性被有效地抑制,同时显著改善了其表面形貌和电学性能。测得非极性a面n-AlGaN的电子浓度及电子迁移率分别为-4.8×10^(17)cm^(-3)和3.42cm^(2)/(V·s)。

非极性(11-20)a面GaN薄膜MOCVD生长及性质研究

本论文利用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)方法生长了非极性(11-20)a面GaN薄膜,并利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和高分辨率X射线衍射系统(HR-XRD)分别深入分析了生长薄膜的表面形貌、晶体质量和结构特性。研究结果表明,非极性(11-20)a面GaN薄膜在V/III为600时表面完全合并但存在大量的表面坑,而其在V/III为1200时出现大量的三角形表面坑。而且,V/III比为850~1000时有助于减少该薄膜的表面坑。由于非极性(11-20)a面GaN薄膜的Ga吸附原子扩散长度的各向异性,使其结构在a面内存在各向异性,因此这些薄膜在c和a方向上的XRD摇摆曲线的半高宽值也存在各向异性。另外,Ga原子沿c方向的迁移在相对较高的反应室压力(100 Torr)时被抑制,从而降低了非极性(11-20)a面GaN薄膜的结构各向异性。

非极性a面GaN材料外延的成核过程及选区生长分析

为解决以往侧向外延生长、侧壁横向外延生长等方法存在的缺陷问题,文章借鉴前人研究成果提出一种选用钛图形化r面蓝宝石衬底直接外延GaN的生长方法,先在衬底表面制备一层钛掩膜,再在孔洞内选择性外延GaN,由此改善GaN表面与晶体的质量,降低各向异性,并且成功制备出高质量、平整的a面GaN薄膜。通过观察SEM、RSMs与Raman测试结果可知,该方法能够有效减小合并厚度、降低工艺成本,具备良好适用价值。

具有不同Al组分的非极性a面p型AlGaN外延层的生长及特性研究

利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术,在半极性r面蓝宝石衬底上成功生长了具有不同Al组分的非极性a面Mg-δ掺杂的p-AlGaN外延层。通过使用高分辨率X射线衍射仪、原子力显微镜和霍尔效应测试仪等表征方法,系统研究了Al组分从0到41%的非极性a面p-AlGaN外延层的结构与电学性质。特别针对具有较高Al组分的非极性a面p-AlGaN层的外延生长,创新性地研发了一种以金属有机源的流量脉冲供给为特征的MOCVD生长工艺。研究结果表明,在非极性a面p-AlGaN外延层的MOCVD生长过程中采用以金属有机源的流量脉冲供给为特征的MOCVD生长技术,可以显著提高非极性a面p-AlGaN外延层电导率。其中,利用该技术所生长的p-Al0.41Ga0.59N外延层样品的空穴浓度可高达7.0×10^(16)cm^(-3),为制备高发光效率的非极性a面AlGaN基紫外发光二极管打下了坚实的基础。

MOCVD外延生长a面GaN薄膜及其面内各向异性研究

使用MOCVD直接外延r面蓝宝石衬底得到非极性a面GaN薄膜。高分辨X射线衍射发现薄膜晶体结构的面内各向异性,利用倒易空间法获得[0001]和[100]方向横向关联长度分别为41.9、14.8nm,解释了面内各向异性的一个原因,在这两个方向N原子的悬挂键数目的差异导致了Ga原子这两个方向上的扩散长度不同,是面内各向异性的另一个重要原因。AFM结果显示a面GaN薄膜表面较平整,表面粗糙度均方根仅为3.9nm,表面沿[0001]方向起伏的条纹再次验证了a面GaN的面内各向异性。

A面(11-20)ZnO薄膜中杂质的偏振PL谱研究

本文通过分析A面(11-20)ZnO薄膜的低温PL(光致发光)光谱偏振特性来研究ZnO光致发光谱中杂质峰的来源。低温(4 K)下观察到476、479 nm两处新的杂质峰以及390 nm处激子峰,根据两个杂质峰的偏振特性,初步判定476nm峰来源于氧空位能级到价带轻空穴的跃迁,479 nm峰来源于氧空位价带重空穴的跃迁。

对称性在基础化学中的应用

“对称性”(Symmetry)一词来源于希腊文Synmetron,即同时量度之意。因此,要想看到对称性就需考虑两个或更多的事物。在一定意义上对称性可以理解为物体或图象中所具有的相似性或匀称感。对称性与我们的大自然密切相关。数学、物理、化学等科学的发展,在很大程度上依靠对称性。在解剖认识大自然时,发现事物的对称性,对寻找新的认识规律,具有重要意义。本文试图从分子的对称性入手,运用对称性原理和群论,讨论对称性在基础化学中的应用。

金属–半导体–金属结构非极性α-AlGaN深紫外探测器的制备

通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）高温外延生长的未掺杂非极性α-AlGaN半导体薄膜,制备了金属–半导体–金属（MSM）结构的深紫外光电探测器,研究了在α-AlGaN半导体薄膜表面磁控溅射不同时间的SiO2纳米颗粒对α-AlGaN MSM结构的深紫外探测器性能的影响。结果表明：5 V偏压下,探测器光谱响应峰值提高了大约3个数量级,深紫外近可见抑制比高达10^4,具有很好的深紫外特性,同时暗电流也下降了2-3个数量级,磁控溅射SiO2纳米颗粒提升了α-AlGaNMSM结构深紫外探测器性能。

高亮度白光LED用外延片的新进展

文章首先介绍了发光二极管(LED)的内量子效率、外量子效率的基本概念和提高量子效率的基本方法,接着对LED外延的结构和方法做了简要介绍.文章的第三和第四部分则着重介绍了提高内、外量子效率的外延方法,这些方法包括外延结构的优化,侧向外延生长,SiC和GaN衬底的生长,AlInGaN四元系有源区生长,非极性面、半极性面的外延,表面粗化结构生长,图形化二次外延结构.图形化蓝宝石衬底上的外延,提高载流子注入效率的结构和组分设计.文章的第五部分则介绍了基于可靠性和成本考虑的其他新型外延结构,第六部分介绍了提高LED可靠性的外延方法.最后得出结论:采用非极性面的GaN衬底,生长优化的LED结构,并结合光子晶体技术,可望取得突破性进展.

提高GaN基发光二极管外量子效率的途径

发光二极管(LED)的低外量子效率严重制约了LED的发展,本文主要介绍了提高GaN基LED外量子效率途径的最新进展,包括芯片非极性面/半极性面生长技术、分布布拉格反射层(DBR)结构、改变LED基底几何外形来改变光在LED内部反射的路径、表面粗化处理,以及新近的光子晶体技术和全息技术等。并对纳米压印与SU8相结合技术在提高LED外量子光效率方面进行了初步探索。