1 北京工业大学微电子学院 光电技术教育部重点实验室, 北京 100124
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米器件与应用重点实验室, 江苏 苏州 215123
采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在Si(111)衬底上外延GaN薄膜, 对高温AlN(HT-AlN)缓冲层在小范围内低生长压力(6.7～16.6 kPa)条件下对GaN薄膜特性的影响进行了研究。研究结果表明GaN外延层的表面形貌、结构和光学性质对HT-AlN缓冲层的生长压力有很强的的依赖关系。增加HT-AlN缓冲层的生长压力, GaN薄膜的光学和形貌特性均有明显改善, 当HT-AlN缓冲层的生长压力为13.3 kPa时, 得到无裂纹的GaN薄膜, 其(002)和(102)面的X射线衍射峰值半高宽分别为735 arcsec和778 arcsec,由拉曼光谱计算得到的张应力为0.437 GPa, 原子力显微镜(AFM)观测到表面粗糙度为1.57 nm。
高温AlN缓冲层 氮化镓 金属有机化学气相沉积 X射线衍射 拉曼光谱 HT-AlN buffer GaN MOCVD X-ray diffraction Raman spectroscopy
1 北京工业大学电子信息与控制工程学院 光电子技术省部共建教育部重点实验室, 北京100124
2 中国科学院 苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 江苏 苏州215123
采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)方法制备了不同AlN缓冲层厚度的GaN样品, 研究了AlN缓冲层厚度对GaN外延层的应力、表面形貌和晶体质量的影响。研究结果表明: 厚度为15 nm的AlN缓冲层不仅可以有效抑制Si扩散, 而且还给GaN外延层提供了一个较大的压应力, 避免GaN薄膜出现裂纹。在该厚度AlN缓冲层上制备的GaN薄膜表面光亮、无裂纹, 受到的张应力为0.3 GPa, (0002)和(1012)面的高分辨X射线衍射摇摆曲线峰值半高宽分别为536 arcsec和594 arcsec, 原子力显微镜测试得到表面粗糙度为0.2 nm。
AlN缓冲层 Si衬底 张应力 AlN buffer layer GaN GaN Si substrate tension stress MOCVD MOCVD
华南理工大学 材料科学与工程学院 发光材料与器件国家重点实验室, 广州 510640
在蓝宝石(Al2O3)衬底上应用脉冲激光沉积技术(PLD)生长不同厚度的AlN缓冲层后进行GaN薄膜外延生长。采用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)和扫描电子显微镜(SEM)对外延生长所得GaN薄膜的晶体质量和表面形貌进行了表征。测试结果表明: 相比直接在Al2O3衬底上生长的GaN薄膜, 通过生长AlN缓冲层的GaN薄膜虽然晶体质量较差, 但表面较平整; 而且随着AlN缓冲层厚度的增加, GaN薄膜的晶体质量和表面平整度均逐渐提高。可见, AlN缓冲层厚度对在Al2O3衬底上外延生长GaN薄膜的晶体质量和表面形貌有着重要的影响。
GaN薄膜 AlN缓冲层 脉冲激光沉积 高分辨X射线衍射仪 扫描电子显微镜 GaN films AlN buffer layer PLD HRXRD SEM
1 北京工业大学 光电子技术省部共建教育部重点实验室, 北京100124
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米器件与应用重点实验室, 江苏 苏州215123
在Si(111)衬底上用金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备生长了AlN和GaN薄膜。采用高分辨X射线衍射、椭圆偏振光谱仪和原子力显微镜研究了AlN缓冲层生长时的载气(H2)流量变化对GaN外延层的影响。椭圆偏振仪测试表明: 相同生长时间内AlN的厚度随着H2流量的增加而增加, 即H2流量增加会导致AlN生长速率的提高。原子力显微镜测试表明: 随着H2流量的增加, AlN表面粗糙度也呈上升趋势。XRD测试表明: 随着AlN生长时的H2流量的增加, GaN的(0002)和(1012)峰值半宽增大, 即螺型穿透位错密度和刃型穿透位错密度增加。可能是由于AlN缓冲层的表面形貌较差, 导致GaN的晶体质量有所下降。实验结果表明: 采用较低的H2流量生长AlN缓冲层可以控制AlN的生长速率, 在一定程度上有助于提高GaN的晶体质量。
氮化镓(GaN) AlN缓冲层 H2载气 Si衬底 金属有机化学气相沉积 GaN AlN buffer H2 carrier gas Si substrate MOCVD
1 长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室， 吉林 长春 130022
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所， 江苏 苏州 215123
主要研究了采用高温AlN缓冲层外延生长GaN/Si(111)材料的工艺技术。利用高分辨X射线双晶衍射(HRXRD)分析研究了GaN/Si(111)样品外延层的应变状态和晶体质量，通过原子力显微镜(AFM)分析研究了不同厚度的高温AlN缓冲层对GaN外延层的表面形貌的影响。实验结果表明，AlN缓冲层生长前预通三甲基铝(TMAl)的时间、AlN缓冲层的厚度对GaN外延层的应变状态、外延层的晶体质量以及表面形貌都有显著影响。得到最优的预辅Al时间为10 s，AlN缓冲层的厚度为40 nm。在此条件下外延生长的GaN样品(厚度约为1 μm)表面形貌较好，X射线衍射(XRD)双晶摇摆曲线半峰全宽(FWHM)(0002)面和(10-12)面分别为452″和722″。
材料 AlN缓冲层 预辅Al 应变状态
1 重庆大学 光电工程学院, 重庆400044
2 重庆大学 光电技术与系统教育部重点实验室, 重庆400044
采用蒙特卡罗光线追踪方法, 模拟GaN基倒装LED芯片的光提取效率, 比较了蓝宝石衬底剥离前后、蓝宝石单面粗化和双面粗化、有无缓冲层下LED光提取效率的变化, 并对粗化微元结构和尺寸作了进一步选取与优化。研究结果表明:采用较厚的蓝宝石衬底和引入AlN缓冲层均有利于LED光提取效率的提高; 蓝宝石衬底双面粗化对提高光提取效率的效果要明显好于单面粗化; 表面粗化的结构和尺寸对光提取效率有较大影响, 当微元特征尺寸与微元间距相当时, 光提取效率较高。
GaN基倒装LED 光提取效率 光线追踪 双面粗化 AlN缓冲层 GaN-based flip-chip LEDs light extraction efficiency light ray trace double-surface roughening AlN buffer layer
