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oe1(光电查) - 科学论文

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出版时间
  • 2019
研究主题
  • B2. 半导体III-V族材料 A3. 金属有机化学气相沉积 B1. 氮化物 A1. 晶体结构 A1. 杂质
应用领域
  • 材料科学与工程
机构单位
  • National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)
  • Nagoya University
55 条数据
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  • 金属有机气相外延中氨分解与氮掺入GaN表面的第一性原理研究

    摘要： 基于密度泛函理论（DFT），我们采用金属有机气相外延法（MOVPE）对GaN（0001）的生长机制进行了理论研究。首先确定了富镓GaN（0001）生长表面的结构，随后研究了NHx（x=0-3）在此类表面的吸附行为。研究发现NH2和NH基团会自发介入富镓GaN（0001）表面Ga-Ga弱键中，揭示了氨分子在富镓表面的分解反应路径。反应过程中氮原子嵌入Ga-Ga弱键形成-Ga-(NH)-Ga-结构，其活化能垒低至惊人的0.63电子伏特。我们还探究了NH2分解为氮原子并形成Ga-N网络的过程，发现具有2电子伏特能垒的合理反应路径。综合考虑生长温度下气相H2分子的化学势后，该反应可被克服。这种氨分子分解机制及氮原子在GaN中的掺入过程，是一种由生长表面催化的新生长机制。

    关键词： 氨分解、密度泛函理论、氮掺杂、金属有机化学气相沉积、氮化镓

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • 岩盐相CdZnO作为透明导电氧化物

    摘要： 透明导电氧化物（TCOs）广泛应用于太阳能电池到发光二极管等领域。本研究证明，金属有机化学气相沉积（MOCVD）法生长的岩盐结构CdZnO三元化合物具有优异的TCO应用潜力。通过红外反射光谱、紫外-可见吸收光谱与霍尔效应联用，我们测定了该化合物的光学和电学输运特性。研究发现：掺杂锌元素可提升电子浓度与迁移率，使电阻率低于纯CdO——当锌含量为10%时，最小电阻率达1.96×10?? Ω·cm。此外，由于带隙能量增大与能带填充效应的共同作用，其吸收边能量从CdO的2.58 eV提升至15%锌含量的2.89 eV，显著增强了可见光区透光性。该三元合金TCO材料不仅生长温度要求低，且CVD沉积工艺具备良好扩展性，为其在外部器件集成应用奠定了坚实基础。

    关键词： 霍尔效应、紫外-可见吸收、金属有机化学气相沉积、红外反射率、CdZnO（镉锌氧）、透明导电氧化物

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • 采用金属有机化学气相沉积法再生长p-GaN的GaN基垂直p-n二极管研究

    摘要： 为模拟选择性区域掺杂，在GaN衬底上通过金属有机化学气相沉积法对刻蚀后的GaN表面进行p-GaN再生长。制备垂直结构GaN-on-GaN p-n二极管以研究刻蚀-再生长工艺对器件性能的影响。采用X射线衍射表征各外延步骤后样品的晶体质量，发现刻蚀-再生长工艺导致刃位错略有增加。透射电子显微镜清晰显示出再生长界面层。观察到2.2 eV、2.8 eV和3.0 eV三个发射峰的强电致发光现象。正向电流密度随温度升高略有增加，而反向电流密度几乎与温度无关，表明反向传输机制为隧穿效应。该结果与报道的结界面具有高掺杂分布的齐纳隧道二极管非常相似。在再生长界面观察到硅和氧的高浓度分布，其分布宽度约为100纳米。本研究为p-GaN再生长及再生长GaN p-n二极管提供了重要信息，可作为开发高压高功率应用先进GaN功率电子器件选择性掺杂的重要参考。

    关键词： 电致发光、隧穿效应、氮化镓、再生长、p-n结二极管、金属有机化学气相沉积

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • 金属有机气相外延（MOVPE）生长的p型氮化镓层中碳相关载流子补偿的起源

    摘要： 研究了金属有机气相外延（MOVPE）生长的p型GaN层中碳杂质的作用。通过控制生长温度和压力制备了不同碳浓度[C]的轻掺镁（约10^17 cm^-3）p型GaN样品。变温霍尔效应分析显示施主浓度随[C]增加而升高。低温迁移率也因电离杂质散射导致的迁移率限制而随[C]增加而降低。这些结果表明MOVPE生长的p-GaN层中碳原子作为电离施主并引起载流子补偿。采用偏压脉冲的深能级瞬态谱（DLTS）检测到源自氮位碳（CN）0/-1电荷态的Hd陷阱（EV+0.88 eV），其浓度与p型GaN层中[C]值高度吻合。通过避免低温载流子冻结的低频电容DLTS技术，新发现浓度与[C]值成正比的Ha陷阱（EV+0.29 eV）。这些发现表明Ha陷阱与Hd陷阱同源于CN缺陷?；谙惹澳芗独砺奂扑?，可合理将Ha陷阱归属为CN的+1/0施主态。这些结果强烈表明具有两种不同电荷态的CN缺陷可分别在n型和p型GaN层中补偿电子与空穴。

    关键词： 深能级瞬态谱（DLTS）、p型氮化镓（GaN）、载流子补偿、金属有机化学气相沉积（MOVPE）、碳杂质

    更新于2025-09-09 09:28:46

  • 外延WS2上无裂纹AlN薄膜的直接范德华外延生长

    摘要： 范德瓦尔斯外延（vdWE）技术因其不受外延层与衬底晶格失配的限制而持续受到关注。先前关于III族氮化物薄膜的vdWE研究主要基于二维材料，通过等离子体预处理或其他六方材料的预掺杂实现。然而，在无需任何额外处理或中间层的二维材料上生长单晶薄膜仍面临巨大挑战。本研究采用金属有机化学气相沉积法，在具有本征WS2覆盖层（WS2/蓝宝石）的蓝宝石衬底上生长出高质量单晶AlN薄膜，其表面粗糙度和缺陷密度与传统蓝宝石衬底生长的薄膜相当。此外，我们在WS2/蓝宝石衬底上制备了基于AlGaN的深紫外发光二极管结构，电致发光（EL）性能呈现283 nm处单一强峰发射。随着电流增至80 mA，该单峰波长仅出现微弱峰位偏移，进一步证实了AlN薄膜的高质量与低应力特性。该工作为二维材料及其他非常规衬底上深紫外（DUV）发光二极管（LED）的进一步发展提供了可行方案。

    关键词： 范德瓦尔斯外延、氮化铝薄膜、金属有机化学气相沉积、二硫化钨

    更新于2025-09-09 09:28:46

  • 衬底温度对脉冲注射式金属有机化学气相沉积法制备的MoO2薄膜结构和形貌特性的影响

    摘要： 钼氧化物因其优异的光学、电子和催化性能而具有重要的技术价值。本研究采用垂直式金属有机化学气相沉积反应器（脉冲注入模式），在不同衬底温度下于硅晶片和不锈钢基板上沉积二氧化钼（MoO2）薄膜。以六羰基钼粉末溶于甲苯溶液作为前驱体，通过通常用于内燃机燃油喷射的高效脉冲注入系统，由计算机控制注射器按设定脉冲间隔（喷射频率）向反应腔精准输送液态前驱体。该液态前驱体体系与实验参数的配合创造了热力学有利条件，使固体薄膜均匀沉积于整个衬底表面。通过X射线衍射、拉曼散射光谱和扫描电子显微镜对MoO2薄膜的结构与形貌进行了表征，并对比研究了不锈钢基板与MoO2薄膜在析氢反应中的催化活性差异。

    关键词： 催化活性、金属有机化学气相沉积、二氧化钼薄膜、钼氧化物

    更新于2025-09-09 09:28:46

  • 六方相BGaN合金及量子阱的合成与光致发光特性

    摘要： 六方氮化硼（h-BN）已成为重要的超大带隙半导体及二维材料。通过合金化和异质结实现光电性能调控的能力将进一步拓展h-BN的应用。研究首次利用h-BN外延层为模板，通过金属有机化学气相沉积法合成了富硼的B1?xGaxN合金及结晶于六方相的量子阱。镓元素的掺入倾向于增强导电性。观测到形成h-BN/BGaN/BN量子阱时带边发射出现蓝移，证实了异质结构建可行性。

    关键词： 六方氮化硼、金属有机化学气相沉积、光致发光、BGaN合金、量子阱

    更新于2025-09-09 09:28:46

  • 半极性AlGaN电子阻挡层中高氧含量的补偿效应及其通过生长优化的缓解方法

    摘要： 基于半极性面氮化镓（GaN）生长的InGaN激光二极管（LD）相比c面器件具有更高增益优势。然而半极性器件的性能受限于较低的注入效率。先前研究认为这是由低效的AlGaN电子阻挡层（EBL）所致，该层中过高的氧含量可能导致p型掺杂剂补偿。本研究通过优化金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长工艺消除了氧杂质：调整V/III比例并提高AlGaN生长温度以减少氧掺入，同时清除生长过程中的残余氧源。这些改进使二次离子质谱仪测得的AlGaN峰值氧浓度从5×101?/cm3降至6×101?/cm3。通过对比有无改进的LD器件，验证了降氧措施的效果——阈值电流和微分效率均获得改善。借助分段接触法测量器件的内部损耗与增益，证实注入效率从高氧状态的60%提升至低氧状态的80%。

    关键词： B2. 半导体铝化合物 A3. 金属有机化学气相沉积 B3. 激光二极管 B1. 氮化物 A1. 杂质

    更新于2025-09-09 09:28:46

  • 准大气压下N2和NH3等离子体处理对p-GaN表面形貌的影响

    摘要： 我们采用微带线结构的微波激发等离子体源，在准大气压下对暴露于氮气(N2)和氨气(NH3)等离子体的p型氮化镓(p-GaN)表面形貌进行原子力显微镜表征。实验在700°C衬底温度下，将等离子体暴露时间控制在2至20分钟范围。当N2和NH3等离子体分别作用2分钟时，原始p-GaN表面的脊状特征立即钝化且表面粗糙度显著降低，同时保持了原子级台阶结构。随着两种等离子体暴露时间的延长，表面台阶交叉与聚集现象逐渐消失。但当NH3等离子体暴露时间增至20分钟时，台阶边缘出现坑洞和颗粒物，导致表面剧烈粗糙化。研究表明：通过准大气压下的适度等离子体处理可在不破坏台阶结构的前提下实现GaN表面平滑化，这类等离子体源有望应用于氮化物半导体生长的金属有机化学气相沉积系统。

    关键词： 微波辅助等离子体、表面形貌、氮气和氨气等离子体、原子力显微镜、金属有机化学气相沉积、氮化镓

    更新于2025-09-09 09:28:46

  • V型坑对金属有机化学气相沉积生长的GaN外延层性能的影响

    摘要： 揭示V型坑对GaN性能的影响是理解和控制缺陷、从而提升GaN基器件性能的关键。本研究考察了V型坑对GaN外延层形貌、光学、结构及应变特性的影响。通过改变金属有机化学气相沉积生长参数，获得了不同V型坑密度的GaN薄膜。采用扫描电子显微镜、光致发光、高分辨X射线衍射和拉曼光谱表征V型坑对GaN薄膜的影响。结果表明：V型坑侧壁可能具有比平坦区域更高的带隙，能抑制与浅施主能级相关的辐射复合；此外，V型坑可在不明显破坏结构特性的前提下释放应力。本研究结果对调控和利用V型坑具有重要指导意义。

    关键词： 金属有机化学气相沉积，V型坑，氮化镓，缺陷

    更新于2025-09-09 09:28:46