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氢化物气相外延生长高质量GaN膜生长参数优化研究
  • 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]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]南京信息工程大学物理与光电工程学院,南京210044
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划(批准号:2011CB301900,2012CB619304)、国家自然科学基金(批准号:60990311,60906025,61176063)、国家自然科学基金青年科学基金(批准号:51002079,21203098)和国家高技术研究发展计划(批准号:2011AA03A103)资助的课题.
中文摘要:

系统研究了低温成核层生长时间、高温生长时的V/I I比以及生长温度对氢化物气相外延生长GaN膜晶体质量的影响.研究发现合适的低温成核层为后续高温生长提供成核中心,并能有效降低外延膜与衬底间的界面自由能,促进成核岛的横向生长;优化的V/II比和最佳生长温度有利于降低晶体缺陷密度,促进横向生长,增强外延膜的二维生长.利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、高分辨X射线衍射、低温光致发光谱和室温拉曼光谱对优化条件下生长的GaN外延膜进行了结构和光电特性表征.测试结果表明,膜表面平整光滑,呈现二维生长模式表面形貌;(002)和(102)面摇摆曲线半高宽分别为317和343 arcsec;低温光致发光谱中近带边发射峰为3.478 eV附近的中性施主束缚激子发射峰,存在11 meV的蓝移,半高宽为10 meV,并且黄带发光强度很弱;常温拉曼光谱中E2(high)峰发生1.1 cm?1蓝移.结果表明,优化条件下生长的GaN外延膜具有良好的晶体质量和光电特性,但GaN膜中存在压应力.

英文摘要:

In this paper, the processing parameters of growing GaN epilayer by hydride vapor phase epitaxy are optimized. The influences of the low-temperature (LT) nucleation layer growth time, V/II precursor ratio and the growth temperature on GaN layer are investigated by the high-resolution X-ray diffraction (HRXRD) signature for the asymmetric and symmetric reflections. The investigation finds that the LT-nucleation layer not only supplies the nucleation centers having good crystal quality, but also promotes the lateral growth of the sequent high temperature (HT) growth. The optimal LT nucleation layer growth time, V/II precursor ratio and the growth temperature can effectively enhance lateral growth to reduce the crystal defects and are favorable to converting the growth mechanism from three-dimension to two-dimension in HT growth. The structural and optoelectronic properties of the as-grown GaN layer with a thickness of 15 μm at the optimal parameters are studied by scanning electron microcopy, atomic force microscopy (AFM), HRXRD, Raman spectra, and photoluminescence (PL) measurements. X-ray rocking curves show that the full widths at half maximum of (002) and (102) are 317 and 343 arcsec, respectively. The surface roughness (rms: root mean square) is 0.334 nm detected using AFM . These characteristics show that the sample has good lattice quality and smooth surface morphology. In PL spectrum, the near band edge emission is dominated by emission from excitons bound to neutral donors (D0X) near 3.478 eV with 11 meV blue-shift and the yellow band emission is very weak. The results indicate that the GaN layer has good crystal quality and excellent optoelectronic properties, but a little biaxial in-plane compressive strain also exists in it due to the lattice and thermal mismatch.

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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