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界面形核时间对GaN薄膜晶体质量的影响
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:TN304.23[电子电信—物理电子学]
  • 作者机构:[1]太原理工大学,新材料界面科学与工程教育部和山西省重点实验室,太原030024, [2]太原理工大学新材料工程技术研究中心,太原030024
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:61475110,61404089,21471111)、江苏省太阳能电池材料与技术重点实验室开放研究基金,常州大学(批准号:201205)、山西省科技创新重点团队(批准号:2012041011)和山西省自然科学基金(批准号:2014021019-1)资助的课题.
中文摘要:

利用金属有机化学气相沉积技术系统研究了界面形核时间对C面蓝宝石衬底上外延生长GaN薄膜晶体质量的影响机理.用原子力显微镜、扫描电子显微镜、高分辨X射线衍射仪以及光致发光光谱仪表征材料的晶体质量以及光学性质.随着形核时间的延长,退火后形成的形核岛密度减小、尺寸增大、均匀性变差,使得形核岛合并过程中产生的界面数量先减小后增大,导致GaN外延层的螺位错和刃位错密度先减小后增大,这与室温光致发光光谱中得到的带边发光峰与黄带发光峰的比值先增大后降低一致.研究结果表明,外延生长过程中,界面形核时间会对GaN薄膜中的位错演变施加巨大影响,从而导致GaN外延层的晶体质量以及光学性质的差异.

英文摘要:

In this paper, the influences of the growth time of low-temperature (LT) GaN nucleation layer on the crystal quality and optical properties of GaN film are investigated. It is found that the optimal LT nucleation layer growth time can effectively reduce the crystal defects and is favorable to forming the annihilation of dislocations. GaN films are grown on c-plane sapphire substrates by metal-organic chemical vapor deposition. Crystal quality and optical properties are characterized by atomic force microscopy (AFM)I scanning electron microscopy (SEM), high-resolution X-ray diffraction (HRXRD), and photoluminescence spectra, respectively. In the AFM images, the island density decreases as growth time increases, while the size of island becomes larger and the uniformity of island size deteriorates as growth time increases, leading to the phenomenon that the number of interfaces formed during the nucleation island coalescence, first decrease and then increase as detected by SEM, which also induces the screw dislocation density and edge dislocation density to first decrease and then increase as measured by HRXRD. This first-decrease-and-then-increase variation trend is consistent with the first-increase-and-then-decrease variation trend of the ratio of the band edge emission peak intensity to the yellow luminescence peak intensity tested by photoluminescence, which is confirmed by HRXRD. It is shown that GaN islands with different sizes and densities could lead to different mechanisms of dislocation evolution, thereby forming GaN epitaxial layers with different dislocation densities and optical properties. Through controlling the nucleation time, GaN films with the smallest dislocation density could be obtained.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876