1 南京信息工程大学 电子与信息工程学院， 江苏 南京 210044
2 南京大学 电子科学与工程学院， 江苏 南京 210093
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。
半极性面 非极性面 InN薄膜 外延生长 semipolar nonpolar InN film epitaxial growth
本文利用等离子体辅助分子束外延(PA-MBE)系统, 对常规连续外延生长和金属调制外延(MME)生长AlN薄膜进行研究。研究发现: 常规连续外延方法生长模式不易控制, 容易出现过度富Al和富N模式生长, 而且微富Al模式生长还会出现一些凹坑, 表面形貌较粗糙; 然而利用MME方法生长AlN薄膜, 通过精准调控Al源和N源快门打开、关闭时间, 可以获得形貌较好的AlN薄膜。通过调整优化获得的MME方案为: 首先Al源快门打开30 s, 然后Al源和N源快门打开60 s, 最后单独打开N源快门72 s; 单一周期内, Al源快门打开时间与N源快门打开时间比例为0.7。以上述方案为一个周期进行循环生长40个周期, 可获得粗糙度低至0.3 nm(2 μm×2 μm), 几乎无凹坑的AlN薄膜。
金属调制 分子束外延 外延生长 氮化铝 粗糙度 metal modulation molecular beam epitaxy epitaxial growth aluminum nitride roughness
实现电学性能优良的高Al组分AlGaN外延层是制备深紫外光电器件最重要的环节之一。本工作利用分子束外延(MBE)技术, 基于周期热脱附的生长方式, 通过改变Al源供应量调控Al组分, 并用Si进行n型掺杂, 在AlN/蓝宝石衬底上得到了系列高Al组分的Si-AlxGa1-xN外延层(x＞0.60)。对外延层相关物理性质进行了表征测试, 结果表明, 外延层Al组分与生长过程中Al束流大小呈现线性关系, 这为制备精确Al组分的AlGaN外延层奠定了基础。AFM结果表明, 高Al组分AlGaN外延层的表面形貌强烈依赖于Ga的供应量, 在生长过程中提高Ga束流可以显著降低外延层的粗糙度。基于范德堡法测量Si-AlGaN外延层电学性能, 证实其载流子特性良好, 其中 Al组分为0.93的样品室温下自由电子浓度、电子迁移率和电阻率分别达到了8.9×1018 cm-3和3.8 cm2·V-1·s-1和0.18 Ω·cm。
高Al组分AlGaN 分子束外延 Si掺杂 载流子特性 周期热脱附 high Al-content AlGaN molecular beam epitaxy Si doping carrier property periodic thermal desorption
1 南京大学 电子科学与工程学院, 南京 210046
2 南京邮电大学 电子与光学工程学院, 南京 210023
3 南京邮电大学 微电子学院, 南京 210023
4 厦门大学, 福建 厦门 361005
基于氮化镓微米LED(Micro-LED)的可见光通信(Visible Light Communication, VLC)技术成为近年来的研究热点。通过深紫外光刻技术制备了小尺寸的氮化镓基蓝/绿光Micro-LED芯片, 深入研究了40~10μm不同尺寸Micro-LED器件的性能, 以及其作为VLC光源的调制带宽能力。研究发现, 随着LED器件尺寸的缩小, 其调制带宽显著增加。通过在电极间加入电磁屏障以及对LED器件侧壁进行钝化修复, 直径为10μm的绿光Micro-LED亮度可达1×108cd/m2, 直径为20μm的蓝光Micro-LED的调制带宽可达372.6MHz。研究结果表明, 基于氮化镓的Micro-LED芯片在调制带宽上仍有较大的提升空间, 经过进一步的研究, 有望推动高速可见光通信的系统应用。
可见光通信(VLC) 调制带宽 氮化镓 visible light communication (VLC) Micro-LED Micro-LED modulation bandwidth GaN
南京大学 电子科学与工程学院, 南京 210046
在常压条件下采用化学气相淀积(CVD)技术在有石墨烯插入层的衬底上生长GaN纳米线, 研究了生长温度、石墨烯插入层、催化剂等因素对GaN纳米线的形貌、光学特性以及结构的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、光致发光(PL)谱、拉曼(Raman)谱和透射电子显微镜(TEM)等表征手段对GaN纳米线的形貌、光学特性以及结构进行表征。结果表明, 在1 100 ℃条件下, 同时有石墨烯插层和催化剂的衬底表面能够获得低应力单晶GaN纳米线。石墨烯、催化剂对于获得低应力单晶GaN纳米线有重要的作用。
GaN纳米线 石墨烯 催化剂 单晶 CVD CVD GaN nanowires graphene catalyst single crystal
1 南京大学 电子科学与工程学院, 江苏省光电信息功能材料重点实验室, 南京 210093
2 南京电子器件研究所, 南京 210016
目前, SiC薄膜在极端苛刻环境下的力学性质尚不明确, 相关力学参数仍需进一步研究。文章采用模拟软件ANSYS对微尺寸的SiC薄膜在不同条件下的力学性能进行了理论分析。研究了SiC薄膜的面积和厚度对刚度的影响, 结果表明, 其刚度与薄膜面积成反比, 与薄膜厚度的三次方成正比。其次, 研究了材料中缺陷的尺寸及其位置对SiC薄膜力学性能的影响, 模拟结果表明, 缺陷的位置越接近薄膜中心, 对刚度的影响越大; 缺陷的尺寸越大, 密度越高, 薄膜的刚度越小。根据实验测得高温下杨氏模量数据, 模拟计算发现SiC薄膜的刚度在290~2500K范围内, 随温度升高呈准线性下降趋势。
SiC薄膜 ANSYS数值模拟 刚度 缺陷 温度 SiC thin film ANSYS numerical simulation stiffness defect temperature
南京大学 电子科学与工程学院, 江苏 南京210093
为了降低GaN材料中因应变诱导的量子斯托克斯效应, 增加器件有源区内的电子-空穴波函数在实空间的交叠从而提高GaN基LEDs的发光效率, 采用紫外软压印技术制备了均匀的周期性纳米柱阵列结构, 结合常规LED器件微加工技术获得了InGaN/GaN基蓝光与绿光纳米阵列LED器件并对其进行了表征分析。结果表明: 纳米柱阵列LED器件具有均匀的发光和稳定的光电性能。纳米结构不仅有效缓解了量子阱中的应力积累(弛豫度～70%), 提高了器件的辐射复合几率和出光效率, 同时结合纳米柱侧壁的化学钝化处理进一步降低了器件有源区的缺陷密度, 显著降低了LED器件的漏电流(~10-7), 最终提高了器件的发光效率。
发光二极管 纳米柱 纳米压印 InGaN/GaN InGaN/GaN light-emitting diodes nanorods nanoimprint lithography
南京大学 电子科学与工程学院,江苏省光电功能材料重点实验室,南京210093
采用真空蒸镀方法在Si衬底上制备了Si/Au、Si/Ni/Au和Si/Ti/Au结构多层膜,进行多种条件下的退火实验,研究了不同黏附层对Au/Si共晶体系中硅扩散的影响。实验结果表明,黏附层对硅的扩散起到阻挡作用,Ti层与Ni层作为阻挡层在较低温度下发生失效,退火气氛对阻挡层的失效具有显著影响。这表明Au/Si体系中扩散阻挡层失效的机制并不是直接的固相反应。文章提出势垒模型来解释扩散阻挡层的失效机制。
共晶 硅扩散 扩散阻挡层 退火气氛 Au/Si Au/Si eutectic diffusion barrier layer ambient
1 南京大学 江苏省光电功能材料重点实验室, 江苏 南京 210093
2 南京大学 电子科学与工程学院, 江苏 南京 210093
用自组装的Ni纳米岛做掩模通过ICP刻蚀得到GaN纳米柱,采用扫描电子显微镜(SEM)观测其形貌,室温下光致发光(PL)谱测量研究样品发光特性.结果表明,室温下GaN 纳米柱的发光强度是体材料的2.6倍.为了修复刻蚀损伤,用KOH对样品进行湿法处理,发现经KOH处理的纳米柱与处理前相比变得更直,且其发光较处理之前进一步增强.为了研究其原因,分别对KOH处理前后的样品进行变温PL谱的测量,发现湿法处理后发光增强是由于内量子效率的提高引起的.
GaN纳米柱 KOH腐蚀 光致发光 内量子效率 GaN nanorod KOH treatment photoluminescence(PL) quantum efficiency
1 南京信息工程大学物理与光电工程学院, 江苏 南京210044
2 江苏省光电信息功能材料重点实验室, 南京大学电子科学与工程学院, 江苏 南京210093
3 南京晓庄学院生物化工与环境工程学院, 江苏 南京211171
对在c面蓝宝石上用氢化物气相外延法（HVPE）生长的六方相纤锌矿结构的GaN膜中的应力进行了分析。 高分辨X射线衍射（002）面和（102）面摇摆曲线扫描（半高宽数值分别为317和358角秒）表明生长的GaN膜具有较好的晶体质量。 利用高分辨X射线衍射技术准确测量了制备的GaN膜的晶格常数, 并计算得到GaN膜中面内双轴应变和面外双轴应变分别为3.37×10-4和-8.52×10-4, 等静压应变为-7.61×10-5。 拉曼光谱和激光光致发光谱测试表明HVPE-GaN外延膜具有较好的光学特性, 利用拉曼光谱的E2模式特征峰和激光光致发光谱中近带边发射峰的频移定量计算了外延膜中的面内双轴压应力和等静压应力。 两种方法得到的面内双轴压应力较为相符。
氮化镓 氢化物气相外延 拉曼光谱 激光光致发光谱 应力 GaN Hydride vapor phase epitaxy Raman spectra Photoluminescence Strain 光谱学与光谱分析
2013, 33(8): 2105
