金屬有機(jī)物氣相外延生長(zhǎng)的InN結(jié)構(gòu)性質(zhì).pdf

1、InN半導(dǎo)體電子遷移率、飽和漂移速率和渡越速度較高、帶隙和電子有效質(zhì)量較小，在未來(lái)高速高頻厘米和毫米波電子器件、太赫茲輻射器件、高效太陽(yáng)能電池等光電子領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，使其成為近年來(lái)國(guó)際研究的熱點(diǎn)。然而，由于InN低的離解溫度、不穩(wěn)定的化學(xué)劑量、高的氮?dú)夥肿悠胶庹羝麎?、以及缺少匹配的襯底，使得制備高質(zhì)量InN單晶薄膜非常困難。為此，本文利用MOVPE生長(zhǎng)技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)不同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)（包括生長(zhǎng)溫度、反應(yīng)室壓強(qiáng)以及Ⅴ/Ⅲ比），在藍(lán)寶石

2、襯底、GaN緩沖層上外延InN薄膜樣品。運(yùn)用原位監(jiān)控干涉儀、SEM、XRD以及拉曼散射等不同的表征手段，結(jié)合基于第一性原理的ABINIT軟件包計(jì)算的InN不同結(jié)構(gòu)相聲子譜，從實(shí)驗(yàn)測(cè)試和理論分析兩方面開(kāi)展了較系統(tǒng)的研究。主要得到如下結(jié)論：
　　 不同溫度(450-650℃)生長(zhǎng)的InN晶體質(zhì)量有顯著差異。低溫下生長(zhǎng)的樣品表面平整度較好，晶粒尺寸較??；隨生長(zhǎng)溫度增加，晶粒逐漸聚集，變大，成三維島。結(jié)合XRD、拉曼散射譜以及InN聲子

3、色散曲線計(jì)算結(jié)果分析可知，所有的樣品均以纖鋅礦結(jié)構(gòu)InN為主，并帶有少量閃鋅礦結(jié)構(gòu)。550℃溫度下生長(zhǎng)的樣品的晶體平整度、結(jié)構(gòu)性質(zhì)、以及相純度都比較好；450℃樣品的相純度與晶體結(jié)構(gòu)性質(zhì)次于550℃，可能是低溫不利于源物質(zhì)在其表面的遷移，易形成缺陷，特別是在較低溫度(400-500℃)容易形成的InN閃鋅礦結(jié)構(gòu)相。較高溫度下的樣品無(wú)論從表面形貌、結(jié)構(gòu)性質(zhì)還是相純度來(lái)說(shuō)，都不理想，特別是當(dāng)生長(zhǎng)溫度高于600℃時(shí)，XRD和拉曼譜中都出現(xiàn)了非

4、纖鋅礦結(jié)構(gòu)和閃鋅礦結(jié)構(gòu)的未知結(jié)構(gòu)峰。這可歸因于InN熱穩(wěn)定性差，不易在表面附著并均勻成核，生長(zhǎng)過(guò)程中易出現(xiàn)熱腐蝕，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等因素。
　　 基于550℃最優(yōu)生長(zhǎng)溫度，通過(guò)調(diào)節(jié)不同壓強(qiáng)(150-450Torr)和Ⅴ/Ⅲ比(7000-25000)，進(jìn)一步考察了InN外延條件對(duì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響。綜合研究表明，在本文調(diào)節(jié)的反應(yīng)室壓強(qiáng)和Ⅴ/Ⅲ比范圍內(nèi)晶體結(jié)構(gòu)性質(zhì)的變化不如溫度顯著，但其中450Torr的壓強(qiáng)和7000的Ⅴ/Ⅲ比所外延的晶體結(jié)