AlxGa1-xN／AlN超晶格材料特性研究

用MOCVD技术在(0001)蓝宝石衬底上成功研制了2寸衬底上无裂纹的Al N/Al0.3Ga0.7N超晶格材料。研究了AlxGa1-xN/Al N超晶格材料特性。结果表明,缓冲层材料和结构对Al N/Al0.3Ga0.7N超晶格的表面型貌和界面特性有很大的影响。AFM研究表明利用GaN做支撑层生长的Al N/Al0.3Ga0.7N超晶格材料是一种准二维生长模式。XRD和SEM研究表明研制的材料表面平整、界面清晰、并且材料具有完整的周期重复性。利用紫外-可见光谱仪反射谱研究表明研制的30对Al N/Al0.3Ga0.7N超晶格材料在中心波长为313nm的紫外波段具有93.5%的反射率。

InxGa1-xN合金薄膜In的表面分凝现象

用MOCVD方法在α-Al2O3(0001)衬底上外延生长了InxGa1-xN合金薄膜.测量结果显示:所制备的InxGa1-xN样品中In的组分随外延生长温度而改变,生长温度由620℃升高到740℃,In的组分由0.72降低到0.27.这是由于衬底温度越高,In进入InxGa1-xN薄膜而成键的效率越低.样品的X射线衍射谱和X射线光电子能谱均显示:在生长温度为620℃和690℃时所生长的InxGa1-xN样品中均存在明显的In的表面分凝现象;而生长温度升至740℃时所得到的InxGa1-xN样品中,In的表面分凝现象得到了有效抑制.保持生长温度不变而将反应气体的Ⅴ/Ⅲ比从14000增加到38000,In的表面分凝现象也明显减弱.由此可以认为,较高的生长温度使得In原子的表面迁移能力增强,In原子从InxGa1-xN表面解吸附的几率增大,而较高的Ⅴ/Ⅲ比则能增加N与In成键几率,从而有利于抑制In的表面分凝.

GaN和AlxGa1-xN/CaN异质结的高温性质

通过高温Hall测量研究了GaN和AlxGa1-xN/GaN异质结从室温到500℃高温下的输运性质.实验发现GaN背景载流子浓度随着温度的升高而升高,载流子浓度变化的幅度和GaN的位错密度存在正比关系,持续光电导的跃迁幅度和GaN的位错密度也存在正比关系,说明位错相关的深施主或者陷阱对GaN在高温下的背景浓度有很大影响.实验发现AlxGa1-xN/GaN异质结中二维电子气的浓度在室温到250℃的范围内随着温度的升高而下降,然后随着温度的升高开始增加.前者主要是由于随着温度的升高,AlxGa1-xN/GaN异质结的导带不连续减小引起的,后者主要是由GaN层背景载流子浓度增加导致的.通过求解自洽的薛定谔和泊松方程得到的二维电子气浓度的温度关系和实验结果一致.

高Al组分Al_xGa_(1-x)N薄膜的弹性-塑性力学性质

采用纳米压痕方法,研究了AlN/spphire模板上的高Al组分AlxGa1-xN薄膜的力学性质,特别是弹性-塑性转变行为.研究表明,AlxGa1-xN薄膜的杨氏模量E随着Al组分的增加而增大,薄膜中产生塑性形变所必要的剪切应力也随着Al组分的增加而增大.在AlxGa1-xN薄膜纳米压痕实验中,观察到位移不连续的跳断('pop-in')行为,并且发现'pop-in'行为强烈依赖于Al组分,Al组分的增加导致这种行为的减少.我们认为随着Al组分的增加,AlxGa1-xN中键能的增强和由于AlxGa1-xN与AlN/sapphire模板之间晶格失配减少这两个因素增加了AlxGa1-xN中新位错形成的阻力,从而导致了AlxGa1-xN薄膜中的'pop-in'行为随Al组分增加而减少.

MOCVD生长In_xGa_(1-x)N薄膜的表征

本文利用MOCVD方法在(0001)取向的蓝宝石衬底上实现了不同生工艺条件下的InxGa1-xN薄膜的制备,并通过XRD、SEM、AFM等测量分析方法系统研究了生长工艺参数对InxGa1-xN薄膜的组分和性质的影响。InxGa1-xN薄膜的制备包括蓝宝石衬底表面上GaN缓冲层的生长以及缓冲层上InxGa1-xN薄膜的沉积两个过程。通过对所制备InxGa1-xN薄膜的XRD、SEM、AFM分析发现,调节生长温度和TMGa的流量可以有效控制InxGa1-xN薄膜中In的组分,并且随着生长温度的升高,InxGa1-xN薄膜的表面缺陷减少。

衬底温度对In_xGa_(1-x)N薄膜结构特性的影响

本文采用MOCVD工艺,通过调整衬底温度(固定其它工艺参数)来沉积用于太阳电池的InxGa1-xN薄膜,并利用X射线衍射仪(XRD)、X射线荧光光谱仪(XRF)、扫描电子显微镜(SEM)和台阶仪来分析研究其结构特性.衬底温度较低时有利于薄膜的In注入,衬底温度较高时有利于沉积高结晶质量的InxGa1-xN薄膜.当衬底温度为470℃时,在硅衬底上所沉积的InxGa1-xN薄膜In含量较高,为46.92%;薄膜表面光滑致密,粗糙度小;颗粒较大,且颗粒大小均匀.

Al_xGa_(1-x)N日盲紫外探测器及其焦平面阵列

报道了320×256元AlxGa1-xN日盲型紫外探测器及其焦平面阵列探测器的研制情况，介绍了材料生长、器件制备工艺和器件的光电特性。器件的开启电压大于3．5V，-0．5V偏压时暗电流小于1．2×10^-12A（φ=300ttm台面），光谱响应范围260～280nm，268nm峰值波长的响应度大于0．095A／W。器件实现了日盲紫外成像演示。

高Al组分N-Al_xGa_(1-x)N材料的欧姆接触

基于各层金属间在快速热退火时容易合金化及Ti,Al易被氧化的特点,在高Al组分N-AlxGa1-xN(x≥0.45)材料上溅射生长多层金属Ti/Al/Ti/Au,并且变化Ti,Al比例以及改变退火温度和时间,得到了金属与高Al组分N-AlxGa1-xN(x≥0.45)材料间的欧姆接触,由传输线模型方法测试得比接触电阻为4.9×10-2Ω.cm2。实验中用到的样品为P(Al0.45Ga0.55N)/i(Al0.45Ga0.55N)/N-Al0.63Ga0.37N多层结构的材料。最后,利用伏安特性和俄歇电子能谱深度分布(AES)研究金属与高Al组分的材料之间形成欧姆接触的原因。

Pb(Zr0.53Ti0.47)O3/AlxGa1-xN/GaN异质结构的电容-电压特征（英文）

通过在调制掺杂Al0 2 2 Ga0 78N/GaN异质结构上淀积Pb(Zr0 53 Ti0 4 7)O3 (PZT)铁电薄膜 ,我们发展了一种基于AlxGa1-xN/GaN异质结构的金属 铁电 半导体 (MFS)结构。在高频电容 电压 (C V)特性测量中 ,发现Al0 2 2 Ga0 78N/GaN异质界面二维电子气 ( 2DEG)的浓度在 -1 0V偏压下从 1 5 6× 1 0 13 cm-2 下降为 5 6× 1 0 12 cm-2 。由于PZT薄膜的铁电极化 ,在 -1 0V偏压下可以观察到宽度为 0 2V的铁电C V窗口 ,表明在没有铁电极化方向反转的条件下 ,PZT/AlxGa1-xN/GaNMFS结构也能出现存储特性。因为 2DEG带来的各种优点 ,可以认为AlxGa1-xN/GaN异质结构在以存储器为目标的MFS场效应晶体管中有重要应用。

应变对Al_xGa_(1-x)N能带间隙弯曲系数和能带结构的影响

在生长AlxGa1-xN外延层过程中,由于外延层的热膨胀系数和晶格常数与衬底的不同,导致许多残留应变产生,这会影响外延层材料的能带结构和跃迁能。从理论上分析了在赝形应变下AlGaN的能带结构和弯曲系数,并通过对AlxGa1-xN能带间隙的理论结果和实验结果分析比较,得出的能带间隙的弯曲系数与已有文献报道的实验结果相吻合。

Pb(Zr_(0.53)Ti_(0.47))O_3/Al_xGa_(1-x)N/GaN异质结构的电容-电压特征(英文)

通过在调制掺杂Al0 2 2 Ga0 78N/GaN异质结构上淀积Pb(Zr0 53 Ti0 4 7)O3 (PZT)铁电薄膜 ,我们发展了一种基于AlxGa1-xN/GaN异质结构的金属 铁电 半导体 (MFS)结构。在高频电容 电压 (C V)特性测量中 ,发现Al0 2 2 Ga0 78N/GaN异质界面二维电子气 ( 2DEG)的浓度在 -1 0V偏压下从 1 5 6× 1 0 13 cm-2 下降为 5 6× 1 0 12 cm-2 。由于PZT薄膜的铁电极化 ,在 -1 0V偏压下可以观察到宽度为 0 2V的铁电C V窗口 ,表明在没有铁电极化方向反转的条件下 ,PZT/AlxGa1-xN/GaNMFS结构也能出现存储特性。因为 2DEG带来的各种优点 ,可以认为AlxGa1-xN/GaN异质结构在以存储器为目标的MFS场效应晶体管中有重要应用。

Al_xGa_(1-x)N/GaN调制掺杂异质结能带分裂特性

通过低温强磁场下的磁输运实验 ,研究了AlxGa1 -xN/GaN调制掺杂异质结构二维电子气 ( 2DEG)的能带分裂性质。1.4K温度下测量的磁阻曲线当磁场强度大于 5 .4T时观察到的明显对应于第一子带的自旋分裂现象。用Dingle作图法得到本样品τq 的大小为 0 17ps。结果表明 ,本实验所用的调制掺杂Al0 .2 2 Ga0 .78N/GaN异质结构具有较大的有效g因子g 。用高 2DEG浓度导致的交换相互作用加强解释了g 增强效应。在磁阻测量中改变磁场方向 ,自旋分裂现象表现出各向异性。用异质结构界面处强的极化电场解释了自旋分裂的各向异性。

Al组分对Al_xGa_(1-x)N/GaN异质结构中二维电子气输运性质的影响(英文)

在低温和强磁场下,通过磁输运测量研究了不同Al组分调制掺杂Al_xGa_(1-x)N/GaN异质结二维电子气(2DEG)的磁电阻振荡现象.观察到低Al组分异质结中的2DEG有较低的浓度和较高的迁移率.

Al_xGa_(1-x)N/GaN异质结构中2DEG的塞曼自旋分裂

通过在低温和强磁场下的磁输运测量研究了非故意掺杂Al0.24Ga0.76N/GaN异质结构中二维电子气(2DEG)的磁电阻振荡现象。在强磁场下观察到了表征2DEG塞曼自旋分裂的舒勃尼科夫-德哈斯(SdH)振荡的分裂峰。通过分析SdH分裂峰的位置,获得了塞曼自旋分裂能量和g*的大小,发现由于交换相互作用,g*比g0有了显著的增加,同时g*随着磁场的增大而增大,说明随着磁场的增大,电子与电子的交换相互作用增强。

Al_xGa_(1-x)N/GaN异质结构中二维电子气的磁致子带间散射效应

通过在低温和强磁场下的磁输运测量研究了非故意掺杂Al0 .2 2 Ga0 .78N/GaN异质结二维电子气 ( 2DEG)的磁电阻振荡现象。观察到了磁致子带间散射 (MIS)效应。在极低温下观察到了表征两个子带被 2DEG占据的双周期舒勃尼科夫 德哈斯 (SdH)振荡。实验观察到MIS效应引起的磁电阻振荡的幅度随温度上升略有减小 ,振荡的频率为两个子带SdH振荡频率之差。随着温度的升高 ,MIS振荡成为主要的振荡。由于SdH振荡和MIS振荡对温度的依赖关系不同 ,实验观察到SdH和MIS振荡之间的调制在温度 10和 17K之间最为强烈 ,其它温度下的调制很弱。

纤锌矿结构混晶Al_xGa_(1-x)N中的光学声子和极化子

由于声子和极化子对纤锌矿结构混晶和由其组成的量子阱的物理性质存在重要影响,采用赝原胞模型法计算纤锌矿结构混晶中Γ点的光学声子频率与组分x的关系,运用微扰的方法计算纤锌矿结构混晶中极化子有效质量mi*和能量迁移Ei随组分x的变化关系.计算结果表明:纤锌矿结构混晶AlxGa1-xN中的LO声子和TO声子均表现为单模行为,极化子的有效质量mi*和能量迁移Ei随x的变化呈线性变化.

GaN/Al_xGa_(1-x)N量子点中的激子态

在有效质量近似框架内,运用变分方法,考虑内建电场效应和量子点的三维约束效应,研究了含类氢杂质的G aN/A lxG a1-xN量子点中的激子态.结果表明:量子点中心的类氢杂质使激子的基态能降低,结合能升高,Q D系统的稳定性增强,光跃迁能减小;杂质位于量子点上界面时,激子的基态能最小,结合能最大,系统最稳定;随着杂质从量子点的上界面沿着z轴移至下界面,激子基态能和光跃迁能增大,结合能减小.

基于MOCVD生长的高Al组分Al_xGa_(1-x)N的HRXRD研究

通过MOCVD设备,在c面蓝宝石衬底上异质外延了不同Al组分含量的AlxGa1-xN材料,生长过程中采用了低温缓冲层技术、脉冲原子外延技术(PALE)和多层超晶格缓冲技术,例如AlGaN/AlNSLs结构,成功得到了表面光滑无裂纹的AlxGa1-xN膜。并且通过HRXRD对材料进行了多个晶面方向上的摇摆曲线和2θ～ω表征测试,在此测试基础上对材料的Al组分、a轴和c轴的晶格常数以及位错密度进行了相应的计算,并定性的分析了材料的应变状态。

n型Al_xGa_(1-x)N材料的电学和光学性质

文章介绍了无裂纹高导电性n型A lxGa1-xN的MOCVD生长及其电学、光学和表面形貌性质。通过A lN两步生长法,有效地解决了A lxGa1-xN外延薄膜易裂的难题。并且对其生长进行优化,减少了A lxGa1-xN外延薄膜中的受主补偿缺陷,从而实现了高导电性的n型A lxGa1-xN薄膜,其载流子浓度为4.533×1018cm-3,并且电子迁移率高达77.5cm2/V.s,已经达到了目前国际上报道的先进水平。另外光学吸收谱说明A lxGa1-xN外延薄膜在302nm处具有陡峭的带边吸收,同时结合原子力显微镜分析材料的表面形貌,证实了材料表面光滑且平整。