基于三步脉冲生长方法制备的高质量非极性a福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■蓝宝石衬底上成功制备了非极性a面■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■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。     

高Al组分AlGaN基紫外LED结构材料

采用金属有机物气相外延(MOVPE)技术在c面蓝宝石衬底上,引入脉冲原子层外延技术,制备了一系列表面平整度较高的高Al组分AlGaN基异质结构外延片.并采用电子束金属蒸镀技术及优化热退火方法,获得了良好的欧姆接触电极,进一步将外延片制备成LED管芯.通过对量子结构有源层量子阱混晶组分的设计和调整,掌握并实现了主波长260～330 nm紫外LED结构材料的制备.     

MOCVD生长AlGaAs-GaAs DBR及其特性

本文报导了任意铝组分的AlGaAs材料的MOCVD外延生长和控制,解决了MOCVD生长高铝组分AIGaAs这一难题。国内首次运用MOCVD技术生长出高反射率的适合于垂直腔面发射激光器的AlGaAs-GaAs四分之一波长的分布布拉格反射镜(DBR)结构。用高分辨透射电镜观察得出,该DBR有良好的周期性、厚度均匀和界面平直。测得其反射率为94％,响应波长为820nm-868nm。     

MOCVD GaN/InN/GaN量子阱的应变表征

采用MOCVD外延生长11周期InN/GaN量子阱结构样品,原子力显微镜表面形貌结果显示实现了台阶流动生长模式.通过高分辨率X射线衍射与掠入射X射线反射谱技术获得了阱层与垒层的实际厚度.从(102)非对称衍射面与(002)对称衍射面的倒异空间图,确认了InN阱层处于与GaN共格生长的完全应变状态,获得了GaN缓冲层的晶体质量信息及其c轴与a轴晶格常数,确认外延层因受衬底热失配的影响处于压应变状态.     

LP-MOCVD生长InGaAlP外延层中In并入效率的研究

分析了In原子在InGaAlP外延生长表面的扩散、并及及脱附过程，给出了In并入外延层的效率表达式，依据该表达式，解释了生长速率、生长温度及生长压力等生长参数对LP－MOCVD生长InGaAlP外延层中In组分的影响。     

P 型掺杂对AlGaInP 双异质结发光二极管的Al 组分确定的影响

在双异质结发光二极管(DH-LED)实际材料生长过程中,它的限制层的Al组分的确定有较大的随意性.在不同的P型掺杂程度下,通过分析载流子在双异质结中的输运及受约束情况,从理论上剖析了限制层Al组分分别对应确定为一个最合适的取值,此时有源层中的载流子应有一个最大数量的复合,LED的复合效率最高.从而可以探索P型掺杂对限制层Al组分确定的影响的规律,并得到一个较合适的掺杂浓度.这对于器件结构设计以及相关的金属有机化合物气相沉积(MOCVD)材料生长有一定的指导意义.     

AlN薄膜制备与表征研究型实验设计

将科研成果转化为研究型本科实验教学内容,设计了不同极性AlN薄膜的制备及表征综合实验。采用金属有机化学气相沉积方法制备混合极性、N极性和Al极性的AlN薄膜,研究了不同极性对AlN薄膜表面形貌和晶体质量的影响。研究结果表明,将渐变组分AlGaN极性调控层引入到GaN和AlN外延膜之间,AlN薄膜转变为单一Al极性生长,高分辩X射线衍射摇摆曲线(002)和(102)的半峰宽分别为375 arcsce和420 arcsce。该实验激发了学生对科学研究的兴趣,深入学习薄膜材料的制备及表征方法,培养了学生积极探索的创新实践能力。     

GaAs/InP异质材料及MESFET器件研究

用低压金属有机气相外延（LP－MOCVD）在InP衬底上生长出较高质量的GaAs材料，并对材料进行Raman、光致发光（PL）谱的测试分析，结果表明在GaAs／InP外延层中存在伸张应力致使Raman的LO模式的频率红移；PL谱峰较强，16K下测到GaAs的特征激子峰和杂质相关的激子峰，表明了GaAs外延层的晶体质量较好。以此生长方法制备了金属－半导体场效应晶体管（MESFET），其单位跨导可达200ms/mm。该器件已经达到GaAs同质结构的器件水平。     

氮化衬底对MOCVD生长GaN的影响

采用MOCVD生长技术以Al2O3为衬底对GaN生长进行了研究．用霍尔测量技术、光致发光技术以及光学显微镜测量了GaN的电学性能、光学性能以及表面形貌．研究表明,GaN低温缓冲层生长之前的氮化衬底工艺对GaN外延层表面形貌、发光性能、电学性能有显著影响．合适的氮化衬底条件可得到表面形貌、发光性能和电学性能均较好的GaN外延膜．研究表明长时间氮化衬底使GaN外延膜表面粗糙的原因可能是由于氮化衬底影响了后续高温GaN的生长模式,促使GaN三维生长所导致的．     

MOCVD生长GaN的表面形貌及缺陷研究

采用自制MOCVD和ThomasSwanMOCVD以Al2O3为衬底对GaN生长进行了研究.利用光学显微镜获得了GaN外延膜表面形貌随Si、Mg掺杂量不同的变化规律以及表面缺陷等信息.研究表明,随掺Si量增大,GaN外延膜的表面变粗糙,结晶品质下降.在电子浓度达2×1019cm-3以上时,GaN外延膜表面出现龟裂.对GaN进行Mg掺杂,外延膜表面出现岛状突起,且随Mg掺杂量增大,岛状突起数目增多.观察到了MOCVD生长的GaN的六角状岛、龟裂、条状缺陷等典型缺陷.