北京科技大学 数理学院应用物理系,北京 100083
采用等离子体增强原子层沉积(PEALD)技术在斜切的砷化镓(GaAs)衬底上低温沉积了氮化镓(GaN)薄膜，对生长过程、表面机制以及界面特性等进行分析，得到GaN在215~270 ℃的温度窗口内生长速度(Growth-Per-Cycle，GPC)为0.082 nm/cycle，并从表面反应动力学和热力学方面对GPC的变化进行了分析。研究发现，生长的GaN薄膜为多晶，具有六方纤锌矿结构，且出现(103)结晶取向。在GaN/GaAs界面处观察到约1 nm厚的非晶层，这可能与生长前衬底表面活性位点的限制和前驱体的空间位阻效应有关。值得注意的是，在沉积的GaN薄膜中，所有的N皆与Ga以Ga-N键结合生成GaN，但是存在少部分Ga形成了Ga-O键和Ga-Ga键。这种成键方式，可能与GaN薄膜中存在的缺陷和杂质有关。
等离子增强原子层沉积 氮化镓 砷化镓衬底 低温 plasma-enhanced atomic layer deposition GaN GaAs substrate low temperature
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Nano-Devices and Applications, Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics, Chinese Academy of Sciences, Suzhou 215123, China
2 University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
3 Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics, Chinese Academy of Sciences, Nanchang 330200, China
4 School of Nano Technology and Nano Bionics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
5 e-mail: mxfeng2011@sinano.ac.cn
6 e-mail: qsun2011@sinano.ac.cn
This work reports a demonstration of electrically injected GaN-based near-ultraviolet microdisk laser diodes with a lasing wavelength of 386.3?nm at room temperature. The crack-free laser structure was epitaxially grown on Si substrates using an Al-composed down-graded AlN/AlGaN multilayer buffer to mitigate the mismatches in the lattice constant and coefficient of thermal expansion, and processed into “sandwich-like” microdisk structures with a radius of 12?μm. Air-bridge electrodes were successfully fabricated to enable the device electrical characterization. The electrically pumped lasing of the as-fabricated microdisk laser diodes was evidenced by the rapid narrowing down of electroluminescence spectra and dramatic increase in the light output power, as the current exceeded the threshold of 248?mA.
Photonics Research
2019, 7(6): 06000B32
北京科技大学 数理学院 应用物理系, 北京 100083
采用等离子增强原子层沉积技术(PE-ALD)在350℃温度下, 在KAPTON柔性衬底上直接生长出多晶GaN薄膜。利用低角度掠入射X射线衍射仪、AFM、SEM、TEM、XPS对薄膜的晶体结构、表面形貌及薄膜成分进行了表征和分析。结果表明, 薄膜呈多晶态, 且具有良好的均匀性; 薄膜中的N元素全部以N-Ga键形式存在; 大部分Ga元素以Ga-N键形式构成GaN; 少量的Ga元素分别以Ga-Ga键和Ga-O键形式构成金属镓以及Ga2O3。研究发现, 虽然KAPTON具有较好的耐高温性, 但GaN会反向扩散进入KAPTON衬底, 形成具有一定厚度的GaN扩散层。
氮化镓 柔性衬底 等离子增强原子层沉积 反向扩散 GaN flexible substrate PE-ALD back-diffusion
1 北京科技大学 数理学院，北京 100083
2 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室，北京 100083
InGaN基量子阱作为太阳电池器件的有源区时，垒层厚度设计以及实际生长对其光学特性的影响极为重要。采用金属有机化学气相沉积(MOVCD)技术，在蓝宝石衬底上外延生长了垒层厚度较厚的InGaN/GaN多量子阱，使用高分辨X射线衍射和变温光致发光谱研究了垒层厚度对InGaN多量子阱太阳电池结构的界面质量、量子限制效应及其光学特性的影响。较厚垒层的InGaN/GaN多量子阱的周期重复性和界面品质较好，这可能与垒层较薄时对量子阱的生长影响有关。同时，厚垒层InGaN/GaN多量子阱的光致发光光谱峰位随温度升高呈现更为明显的“S”形(红移-蓝移-红移)变化，表现出更强的局域化程度和更高的内量子效率。
InGaN/GaN多量子阱 金属有机化学气相沉积 光致发光 高分辨X射线衍射 InGaN/GaN multiple quantum wells MOCVD photoluminescence XRD
