1 北京工业大学 微电子学院 光电子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 纳米加工平台，江苏 苏州 215123
我们报道了一种基于SnS2 / InSe垂直异质结的宽带光电探测器，其光谱范围为365-965 nm。其中，InSe作为光吸收层，有效扩展了光谱范围，SnS2作为传输层，与InSe形成异质结，促进了电子-空穴对的分离，增强了光响应。该光电探测器在 365 nm 下具有813 A/W 的响应度。并且，在965nm光照下它仍然具有371 A/W的高响应度，1.3×105%的外量子效率，3.17×1012 Jones的比探测率，以及27 ms的响应时间。该研究为高响应宽带光电探测器提供了一种新的方法。
二维材料 异质结 宽带光电探测器 two-dimensional material heterojunction Broadband photodetectors
1 北京工业大学信息学部 光电子技术教育部重点实验室，北京 100124
2 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
3 中国科学院 苏州纳米技术与纳米仿生研究所，江苏 苏州 215123
采用脉冲直流磁控溅射法在Si（100）衬底上制备了AlN/Mo/Sc0.2Al0.8N复合结构薄膜，在该结构上通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术进行GaN薄膜的外延。使用原子力显微镜、高分辨X射线衍射、粉末X射线衍射、扫描电子显微镜和拉曼光谱研究了Mo插入层的厚度对Sc0.2Al0.8N缓冲层和GaN外延层晶体质量的影响，研究了Sc0.2Al0.8N缓冲层对Mo上生长的GaN外延层的影响。研究结果表明，Mo插入层的厚度是影响Sc0.2Al0.8N缓冲层和GaN外延层的重要因素，Sc0.2Al0.8N缓冲层对Mo上GaN晶体质量的提高具有重要意义。随Mo厚度的增加，Sc0.2Al0.8N缓冲层的表面粗糙度先减小后增大，GaN外延层的（002）面X射线衍射摇摆曲线半峰全宽先减小后增大。当Mo插入层厚度为400 nm时，GaN外延层的晶体质量最好，GaN（002）面的X射线衍射摇摆曲线半峰全宽为0.51°，由拉曼光谱计算得到的压应力483.09 MPa；直接在Mo上进行GaN的外延，GaN（002）面的X射线衍射摇摆曲线半峰全宽无法测得，说明在Mo上进行GaN的外延需要Sc0.2Al0.8N缓冲层。
GaN 金属有机化学气相沉积（MOCVD） ScAlN X射线衍射 GaN metal-organic chemical vapor deposition（MOCVD） ScAlN X-ray diffraction（XRD）
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 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，
3 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米加工平台， 江苏 苏州 215123
采用脉冲直流磁控溅射方法在Si(100)衬底上制备了ScAlN薄膜。以溅射的ScAlN作为缓冲层，在Si(100)衬底上用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术外延了GaN薄膜。使用高分辨X射线衍射、原子力显微镜和拉曼光谱研究了ScAlN缓冲层的厚度对ScAlN缓冲层和GaN外延层的影响。研究结果表明，ScAlN缓冲层的厚度是影响GaN薄膜晶体质量的重要因素。随着ScAlN厚度的增加，ScAlN的(002)面X射线衍射摇摆曲线半高宽持续减小，GaN的(002)面X射线衍射摇摆曲线半高宽先减小后增大。当ScAlN缓冲层厚度为500nm时，得到的GaN晶体质量最好，其中GaN(002)面的X射线衍射摇摆曲线半高宽为0.38°，由拉曼光谱计算得到的张应力为398.38MPa。
Si(100)衬底 氮化镓 磁控溅射 Si (100) substrate GaN ScAlN ScAlN magnetron sputtering
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, 苏州 215123
利用等离子增强原子层沉积技术(PEALD)在c面蓝宝石衬底上制备了氧化镓(Ga2O3)薄膜, 研究了退火气氛(v(N2)∶v(O2)=1∶1(体积比)、空气和N2)及退火时间对Ga2O3薄膜晶体结构、表面形貌和光学性质的影响。研究结果表明, 退火前的氧化镓处于亚稳态, 不同退火气氛下退火后晶体结构发生明显改变, 而且退火气氛中N2比例增加有利于Ga2O3重结晶。在N2气氛下退火达到30 min, 薄膜结构已由亚稳态转变成择优取向的β-Ga2O3。而且表面形貌分析表明, 退火30 min后表面形貌开始趋于稳定, 表面晶粒密度不再增加。另外实验样品在 400~800 nm的平均透射率几乎是100%, 且光吸收边陡峭。采用N2气氛退火, 对于富氧环境下沉积的Ga2O3更利于薄膜表面原子迁移, 以及择优取向Ga2O3重结晶。
氧化镓 退火条件 等离子增强原子层沉积 晶体结构 表面形貌 光学性质 Ga2O3 annealing condition PEALD crystal structure surface morphology optical property
1 北京工业大学信息学部 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
研究不同界面处理对AlGaN/GaN 金属-绝缘层-半导体(MIS)结构的高电子迁移率晶体管(HEMT)器件性能的影响。采用N2和NH3等离子体对器件界面预处理, 实验结果表明,N2等离子体预处理能够减小器件的电流崩塌, 通过对N2等离子体预处理的时间优化, 发现预处理时间10 min能够较好地提高器件的动态特性, 30 min时动态性能下降。进一步引入AlN作为栅介质插入层并经过高温热退火后能够有效提高器件的动态性能, 将器件的阈值回滞从411 mV减小至111 mV, 动态测试表明, 在900 V关态应力下, 器件的电流崩塌因子从42.04减小至4.76。
电流崩塌 AlN栅介质插入层 界面处理 AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 current collapse AlN gate dielectric insertion layer interface treatment AlGaN/GaN high electron mobility transistors
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
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
采用金属有机化合物气相外延方法制备了不同SiH4流量下重掺杂n型GaN材料, 研究发现在SiH4流量为20cm3/min时样品获得较高的电子浓度, 达到6.4×1019cm-3, 同时材料的结晶质量较好。光荧光测试发现重掺杂使GaN材料的杂质能带进入导带形成带尾态, 使带边峰变得不尖锐, 并且发现SiH4流量以及材料的刃位错密度与黄光带发光有关。采用Delta掺杂方式生长的重掺杂样品, 样品表面粗糙度降低, 晶体质量明显改善, 但黄光带发光强度增强。缺陷选择性腐蚀研究发现Delta掺杂方式主要通过降低螺位错密度来改善晶体的质量。
重掺杂n型GaN 光电特性 缺陷选择性腐蚀 MOCVD MOCVD heavy dopded n-type GaN optical and electrical properties defect-selective etching
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
利用金属有机物化学气相沉积（MOCVD）技术在蓝宝石衬底上制备了GaN∶Mg薄膜。首先，对Delta掺杂p型GaN的掺杂源流量进行优化研究，研究发现在较低46cm3/min的CP2Mg源流量下，晶体质量和导电性能都有所改善，获得了较高空穴浓度，为8.73×1017cm-3，（002）和（102）面FWHM分别为245和316arcsec。随后，采用XRD、Hall测试、PL以及AFM研究了在生长过程中加入生长停顿对Delta掺杂p型GaN材料特性的影响，发现加入生长停顿后，样品电学特性、光学特性和晶体质量并未得到改善，反而下降。
薄膜 p型GaN Delta 掺杂 低源流量 金属有机物化学气相沉积 thin films p-GaN Delta doped low source flux MOCVD
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
模拟了垂直腔面发射激光器(VCSEL)的反射谱和量子阱增益谱, 采用金属有机物化学气相沉积设备外延生长了980nm的垂直腔面发射激光器, 制作了氧化孔径为14μm的内腔式氧化限制型VCSEL器件, 其阈值电流为3.3mA, 阈值电压为1.8V, 斜率效率为0.387W/A, 室温直流电流为22.8mA时, 输出光功率为5mW。
量子阱 金属有机物化学气相沉积 氧化限制型 VCSEL VCSEL quantum well MOCVD oxide restricted device
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纳米器件与应用重点实验室, 江苏 苏州 215123
利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上制备了GaN∶C 薄膜。为得到高阻(或半绝缘)的GaN 薄膜，研究了源(CCl4)流量和载气对MOCVD 外延GaN 薄膜电学性能的影响，发现CCl4流量和载气对实现高阻的GaN 影响很大。当GaN 缓冲层采用N2作为载气，CCl4的流量为0.016 μmol/min 时成功实现了GaN 的高阻生长，样品A2的方块电阻高达2.8×107 Ω/sq。经原子力显微镜(AFM)测试显示，样品的表面形貌较好，粗糙度均在0.3 nm 附近，说明Ｃ掺杂对外延GaN 薄膜的表面形貌没有大的影响。低温荧光光谱测试显示黄光峰与刃型位错有关。
材料 C掺杂 高阻 半绝缘 金属有机物化学气相沉积 GaN 薄膜
