高掺杂低位错p型GaN材料生长研究

对采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在SiC衬底上生长的p型GaN材料进行了研究。p型GaN材料通常采用Mg掺杂来实现,但Mg有效掺杂量的增加会导致材料的空穴浓度提高,表面粗糙度变大、位错密度增加。采用Delta掺杂方式,在Cp_(2)Mg通入量一定的情况下,通过对温度、压力以及Delta掺杂过程中TMGa通入时间的调控实现了对p型GaN材料掺杂浓度与表面粗糙度和位错密度之间的平衡优化。结果显示,生长温度1150℃、生长压力400 mbar(1 mbar=100 Pa)、TMGa通入时间40 s的样品均方根表面粗糙度为0.643 nm,(002)晶面半高宽(FWHM)为176.8 arcsec,空穴迁移率为11.8 cm^(2)/(V·s),空穴浓度为1.02×10^(18)cm^(-3),实现了电学性能与晶体质量的平衡。

LP-MOCVD法制作n-ZnO/p-Si异质结及其电致发光研究

采用低压-金属有机化学气相沉积法(LP-MOCVD)在(100)p-Si衬底上制备未掺杂n型ZnO薄膜,并制作了相应的n-ZnO/p-Si异质结器件。通过X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)光谱和霍尔测试分别研究了所制备薄膜的结构、光学和电学特性,得到具有较高质量的n型ZnO薄膜。在室温条件下,测得了该类异质结器件正向注入电流下可见光和近红外区域的电致发光(EL)。

p型氮化镓不同掺杂方法研究

采用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)技术,对p型GaN∶Mg的均匀掺杂,delta掺杂和生长停顿掺杂3种不同掺杂方法的外延片研究,通过对电学的、光学的、表面形貌分析表明,生长停顿方法的外延片有较好的晶体质量,但因生长停顿过程中引入额外杂质增加自补偿效应;delta掺杂方法明显提高了空穴浓度,降低了电阻率,提高空穴迁移率,取得较好的表面形貌。

利用MOCVD技术生长As掺杂的p-ZnMgO薄膜

利用GaAs夹层掺杂的新方法,采用金属有机化学气相沉积(MOVCD)技术,通过控制生长温度,在蓝宝石衬底上成功制备出As掺杂的p型ZnMgO薄膜。利用X射线衍射分析(XRD)、霍尔效应测试和光致发光(PL)谱等表征方法对薄膜的晶体结构、电学性能和光学特性进行分析。结果表明:高温生长的ZnMgO薄膜具有良好的c轴取向性;480～520℃时所制备的ZnMgO薄膜为p型导电,500℃时所制备的样品电阻率最低,为26.33Ω.cm,空穴浓度达1.638×1017 cm-3,迁移率为1.45 cm2/(V.s);室温PL谱显示,制得的p型ZnMgO薄膜具有较大的紫外与可见发光峰强度比,表明其具有良好的光学性能。

硅基氧化锌薄膜中的发光和复合中心

报道了用MOCVD方法制备的硅基ZnO薄膜中的中性施主-价带D0h发光.ZnO/p-Si结构经空气中700℃退火1h,然后进行X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)谱和I-V特性测量.实验得到不同载气流量制备的样品都具有整流特性.深能级瞬态谱(DLTS)测量探测到各样品中存在两个施主深能级E1和E2.相应的室温PL谱测量显示样品近带边发射包含不同的发光线.利用高斯拟合方法,样品S2a的PL谱分解为三条发光线b,c和d,其中发光线b可归结为ZnO中的激子发射;DLTS测量得到的施主能级E1与发光线c和d的局域态电离能Ed相关,为D0h中心.此外,实验揭示E2能级的相对隙态密度与PL谱的发光强度成反比,表明深能级E2具有复合中心性质.

p型ZnO掺杂及其发光器件研究进展与展望

ZnO是一种新型的Ⅱ-Ⅵ族宽带隙半导体,具有很多说异的的光电性能。但一般制备出的ZnO薄膜材料均是n型,很难实现p型的掺杂。ZnO的p型掺杂是实现其光电器件应用的关键技术,也是目前ZnO研究的关键课题。目前在p型,ZnO的掺杂理论和实验方面都有很大的进展,对此进行了详细的分析与论述,并且展望了p型ZnO薄膜制备的前景。

NO和N_2O流量对ZnO薄膜p型导电性能的影响

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法,由NO和N2O混合气体在玻璃衬底上沉积了p型ZnO薄膜.NO和N2O流量分别为40和25 sccm时,得到最低电阻率5.52Ω·cm, 同时样品的空穴浓度最高,为2.17×1018cm-3,电性能的稳定性也最好.全部样品放置四个月后仍为p型,但电阻率增大.

MOCVD法制备的p-ZnO/n-SiC异质结器件及其电致发光性能

采用光辅助金属有机化学汽相沉积(PA-MOCVD)法在n-SiC(6H)衬底上制备出As掺杂的p型ZnO薄膜,并制备出相应的p-ZnO∶As/n-SiC异质结器件。X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)测试表明,ZnO薄膜具有较好的结构和光学特性。电流-电压(I-V)测试结果表明,该型异质结器件具有良好的整流特性,开启电压为5.0 V,反向击穿电压约为-13 V。正向偏压下,器件的电致发光(EL)谱表现出两个分别位于紫外和可见光区域的发光峰,通过和ZnO、SiC的PL谱对照,证实异质结器件的发光峰来源于ZnO侧的辐射复合。

HRXRD研究退火时间对Mg掺杂P型GaN薄膜应变状态的影响

采用低压金属有机化学气相外延(LP-MOCVD)法生长Mg掺杂p型GaN薄膜,利用高分辨X射线衍射(HRXRD)技术研究不同退火时间对GaN薄膜中外延应变的影响。研究发现应变状态随退火时间变化而发生改变。退火前水平方向为压应变。在小于最佳退火时间(15min)的时间范围内进行退火时,由于受杂质Mg在退火过程中热扩散、替位行为引起的晶格畸变以及受主中心与价带之间的电子跃迁引起的电子效应等多种因素的影响,水平应变状态由压应变向张应变转变且随时间增加应变逐渐增强。退火时间增至30min时,由于N空位增多和复合体MgGa-VN的形成以及热应力等因素的多重影响,应变状态转变为压应变。

MOCVD生长Mg掺杂GaN的退火研究

用MOCVD技术在50mm蓝宝石衬底(0001)面上生长了GaN∶Mg外延膜,对样品进行热退火处理并作了Hall、双晶X射线衍射(DCXRD)和室温光致发光谱(PL)测试.Hall测试结果表明,950℃退火后空穴浓度达到 5×1017cm-3以上,电阻率降到2 5Ω·cm;(0002)面DCXRD测试发现样品退火前、后的半峰宽均约为 4′;室温 PL谱中发光峰位于2 85eV处,退火后峰的强度比退火前增强了8倍以上,表明样品中大量被H钝化的受主Mg原子在退火后被激活.

p型N掺杂ZnO薄膜的MOCVD生长与电学性质

通过采用O2与N2O按照一定的流量比作为反应气源,利用MOCVD方法实现了较低电阻率的N掺杂ZnO薄膜。实验分别研究了改变O2与N2O流量比和改变衬底温度对于薄膜电学性质的影响,并利用Raman光谱与Hall测试结果的比较分析了MOCVD系统中非故意掺杂碳元素及其相关杂质对薄膜的作用。实验结果和讨论为解决ZnO的p型掺杂难题提供了一条途径。

ZnO薄膜的掺杂特性

通过MOCVD方法生长的ZnO薄膜一般为富锌生长,呈n型电导,要想得到高阻或低阻p-ZnO薄膜需要对其进行掺杂施主或受主杂质。主要研究在生长过程中通过NH_3对ZnO薄膜进行氮掺杂的情况,利用优化生长条件,即生长温度为610℃,Ar气(携带DEZn)流量为4 sccm,O_2流量为120 sccm,N_2流量为600 sccm,得到在NH_3流量为80 sccm时生长样品的结晶质量最高,在掺杂薄膜中NH_3流量高于或低于80 sccm时,样品的表面形貌都将变差,只有在80 sccm时表面粗糙度最低晶粒最小,表明该流量下获得的样品表面较光滑致密。所以80 sccmNH_3流量为在R面蓝宝石上生长<110>取向ZnO薄膜的最佳掺杂流量。Hall测量结果表明,NH_3流量为50 sccm的样品电导呈弱p型,电阻率为102Ω·cm,空穴载流子浓度为+1.69×10^(16)cm^(-3),迁移率为3.6cm^2·V^(-1)·s^(-1);当NH_3流量增加时样品的电导呈n型,电阻率最高达10~8Ω·cm,我们认为与进入ZnO薄膜的H的量有关,并对其变化机理进行了详细的分析。

p型GaN的渐变δ掺杂研究

采用MOCVD技术及渐变-δMg掺杂方法生长了p型GaN薄膜,对样品进行了两步退火处理以对Mg进行激活。通过Hall测试发现,经过950℃下的第一次退火后,样品空穴浓度为1.64×1016cm-3,电阻率为77.9Ω.cm。经过750℃下的第二次退火后,样品的空穴浓度增大了10倍,电阻率减小为原来的1/20。分析认为,渐变δ掺杂减小了Mg的自补偿效应,两步退火提高了Mg的激活效率,从而显著提高了样品的空穴浓度和降低了电阻率。实验还发现,经过750℃下15 min的第二次退火后得到的样品的空穴浓度最大,达5.13×1017cm-3。

低源流量Delta掺杂p型GaN外延薄膜的研究

利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上制备了GaN∶Mg薄膜。首先,对Delta掺杂p型GaN的掺杂源流量进行优化研究,研究发现在较低46cm^3/min的CP_2Mg源流量下,晶体质量和导电性能都有所改善,获得了较高空穴浓度,为8.73×10^(17) cm^(-3),(002)和(102)面FWHM分别为245和316arcsec。随后,采用XRD、Hall测试、PL以及AFM研究了在生长过程中加入生长停顿对Delta掺杂p型GaN材料特性的影响,发现加入生长停顿后,样品电学特性、光学特性和晶体质量并未得到改善,反而下降。

p型掺杂剂Cp2Mg在MOCVD气相中的反应机理研究

采用量子化学的密度泛函理论计算,提出并研究了金属有机化学气相沉积(MOCVD)气相过程中p型掺杂剂Cp2Mg的反应机理。特别判断了不同温度下各反应进行的可能性。发现Cp2Mg主要有两条相互竞争的反应路径,加合路径和氢解路径。对于加合路径,在293~573 K的温度范围内,会形成络合物Cp2Mg∶NH3或Cp2Mg∶(NH3)2。对于氢解路径,气相中的H自由基是一把"双刃剑"。一方面H自由基对Cp2Mg的分解有积极的辅助作用,明显降低了Cp2Mg的分解温度;另一方面由于钝化作用会形成Mg-H气相络合物,影响p型掺杂效果。

高温AlN模板上p型GaN的生长研究

利用低压金属有机物化学气相沉积技术,采用均匀掺杂和渐变Mg-δ掺杂方法,分别在氮化镓(GaN)和高温氮化铝(HT-AlN)模板上,生长了p型GaN外延材料.生长后,双晶X射线衍射和霍尔测试结果表明:HT-AlN模板上采用渐变Mg-δ掺杂方法生长的p型GaN材料,具有最好的晶体质量和电学性能.该p型GaN样品的(0002)面半峰宽值小至178″,其空穴氧浓度为5.78×1017cm-3.在对Cp2Mg/TMGa进行了优化试验后,p型GaN的空穴氧浓度被提高到8.03×1017cm-3.

MOCVD生长A1_xGa_(1-x)P/GaAs异质外延层的结晶完整性初探

MOCVD生长的III V族异质外延材料的晶体结构完整性主要由生长时采用的源材料、衬底、温度、压力、流量以及反应器设计等因素所决定。为了获得具有优良光电性能的异质外延材料 ,需要对这些影响因素进行优化。AlxGa1-xP由于具有宽的禁带宽度、较低的本征载流子浓度和折射率 ,因此可以用于制作优良的光电器件。然而由于AlxGa1-xP与GaAs在晶格常数、热膨胀系数等物理化学性质上存在着差异 ,致使利用MOCVD在GaAs衬底生长的AlxGa1-xP外延层常常呈现较差的表面形貌以及内部存在大量缺陷。本文利用扫描电子显微镜、双晶X射线衍射、背散射分析技术对常压MOCVD生长的AlxGa1-xP/GaAs异质外延层的结晶完整性进行了初步研究。通过观察A1xGa1-xP外延层的表面形貌及双晶X射线衍射半峰宽 ,对外延生长温度和V/Ⅲ比进行了优化 ,利用背散射分析对外延层结晶完整性进行了初步表征。本文研究结果表明 ,虽然AlxGa1-xP与GaAs存在较大的晶格失配 ,但是仍然可以利用MOCVD在GaAs衬底上优化生长出具有良好结晶完整性的AlxGa1-xP外延材料。

常压MOCVD法生长的p型ZnSe及其光电特性

本文通过常压ＭＯＣＶＤ方法，利用ＮＨ３气作为受主掺杂源，在（１００）方向的ＧａＡｓ衬底上生长了ＺｎＳｅ：Ｎ膜．通过测量７７Ｋ温度下光致发光光谱．观测到了由于掺氮引起的自由到束缚发射（ＦＡ）和深中心复合（ＳＡ）．在低掺杂浓度下ＦＡ起主要作用，随着ＮＨ３气浓度增加，ＦＡ和ＳＡ带的强度随之增强，在重掺杂下ＳＡ带成为主要，同时带的半宽度展宽．室温下霍尔测量的结果表明．低掺杂浓度下ＺｎＳｅ：Ｎ膜呈高阻态，而在高掺杂浓度下外延膜呈现Ｐ型电导，载流子浓度Ｐ～１０１６ｃｍ３．利用ｐ－ＺｎＳｅ／ｎ－ＧａＡｓ构成异质ｐｎ结，观测到了二极管的整流特性，进一步证实ｐ型ＺｎＳｅ的实现．

Mg掺杂的AlGaN的MOCVD生长

文章主要研究利用金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)方法制备的Mg掺杂A lGaN薄膜。根据Raman光谱对Mg掺杂A lGaN薄膜应力和X射线摇摆曲线对晶体质量的研究表明引入高温A lN插入层能有效调节应力,并提高薄膜质量,降低位错密度。实验发现在保持Mg掺杂量不变的情况下,随着A l组分的上升,材料中出现大量岛状晶核,粗糙度变大,晶体质量下降,由三维生长向二维生长的转变更加困难。同时研究发现A l组分的上升和Mg掺杂量的增加都会使得螺位错密度上升;Mg的掺杂对于刃位错有显著影响,而A l组分的上升对刃位错无明显影响。经过退火温度对空穴浓度影响的研究,发现对于P型A l0.1Ga0.9N样品,900℃为比较理想的退火温度。

MOCVD法生长Ga、P掺杂的ZnO薄膜

采用金属有机化学气相沉积法在蓝宝石衬底上制备Ga、P掺杂的ZnO薄膜,分别采用X射线衍射、扫描电子显微镜、霍尔效应测试、光致发光谱对样品进行表征。通过Ga、P掺杂分别得到n、p型ZnO薄膜,n型ZnO薄膜的载流子浓度可以达到1×1019cm-3,p型ZnO薄膜的载流子浓度达到1.66×1016cm-3。所制备的ZnO薄膜具有c轴择优生长取向,并且p型ZnO薄膜具有较好的光致发光特性。