Si衬底GaN基多量子阱外延材料的TEM研究

本文采用高分辨透射电子显微技术对在Si衬底生长的GaN基多量子阱外延材料的位错特征、外延层与衬底的晶体取向关系及界面的结晶形态等微观结构进行了分析和研究。结果表明:Si衬底生长的GaN与衬底有一定的取向关系;材料在MQW附近的穿透位错密度达108 cm-2量级,且多数为刃型位错;样品A的多量子阱下方可见平行于界面方向的位错,本文认为这可能是由于AlN/Si界面上的SixNy形成的多孔形态促使外延层进行侧向生长,使位错在高温GaN层沿横向弯曲所致,这样可进一步降低穿过量子阱的位错密度,有利于提高材料质量。

Si衬底InGaN/GaN多量子阱LED外延材料的微结构

用透射电子显微镜(TEM)和X射线双晶衍射仪(DCXRD)对在Si(111)衬底上生长的InGaN/GaN多量子阱(MQW)LED外延材料的微结构进行了观察和分析.从TEM高分辨像观察到,在Si和AlN界面处未形成SixNy非晶层,在GaN/AlN界面附近的GaN上有堆垛层错存在,多量子阱的阱(InGaN)和垒(GaN)界面明锐、厚度均匀;TEM和DCXRD进一步分析表明MQW附近n型GaN的位错密度为108cm-2量级,其中多数为b=1/3〈1120〉的刃位错.

斜切蓝宝石衬底上GaN薄膜的位错降低机制

GaN材料以其宽禁带、高击穿电场、高热导率、直接带隙等优势被广泛应用于光电子器件、大功率器件以及高频微波器件等方面.由于GaN材料异质外延带来的大晶格失配和热失配问题,GaN在生长过程中会产生大量位错,降低了GaN材料晶体质量,导致器件性能难以进一步提升.为此,研究人员提出使用斜切衬底来降低位错密度,但是关于斜切衬底上外延层的位错湮灭机制的研究还不充分.所以,本文采用金属有机化合物化学气相淀积技术在不同角度的斜切蓝宝石衬底上生长了GaN薄膜,采用原子力显微镜、高分辨X射线衍射仪、光致发光测试、透射电子显微镜详细地分析了斜切衬底对GaN材料的影响.斜切衬底可以显著降低GaN材料的位错密度,但会导致其表面形貌发生退化.并且衬底斜切角度越大,样品的位错密度越低.通过透射电子显微镜观察到了斜切衬底上特殊的位错终止现象,这是斜切衬底降低位错密度的主要原因之一.基于上述现象,提出了斜切衬底上GaN生长模型,解释了斜切衬底提高GaN晶体质量的原因.

斜切蓝宝石衬底MOCVD生长GaN薄膜的透射电镜研究

利用MOCVD技术在斜切角度为0.3°的c面蓝宝石衬底上生长了非故意掺杂GaN薄膜,并采用透射电子显微镜对材料的质量和材料内部缺陷进行了分析.研究发现斜切蓝宝石衬底上外延的GaN材料中,位错在距离衬底0.8μm附近大量湮灭,同时位错扎堆出现.基于上述现象,提出了斜切衬底上GaN材料中位错的湮灭机制,解释了斜切衬底能够提高GaN晶体质量的原因.