等離子體增強(qiáng)原子層沉積低溫生長(zhǎng)InN薄膜.pdf

1、氮化銦（InN）是Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體材料中重要的組成部分，它具有最小的電子有效質(zhì)量、最高的載流子遷移率和飽和漂移速率等，這些優(yōu)異性使 InN廣泛應(yīng)用于高效低成本太陽(yáng)能電池，傳感器，太赫茲發(fā)射和探測(cè)器件等。并且它的禁帶寬度在0.7eV左右，這樣較窄的禁帶寬度使其與其它Ⅲ族氮化物形成合金，便能使發(fā)光波長(zhǎng)從紅外到深紫外范圍變化。近幾年，對(duì)如何生長(zhǎng)高質(zhì)量的InN薄膜的研究越來(lái)越多。最主要的工作便在于生長(zhǎng) InN方法的研究和襯底材料的選擇。目前，最

2、常見(jiàn)的InN薄膜的制備方法有分子束外延法（MBE）、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）、磁控濺射、原子層沉積（ALD）等。原子層沉積（ALD）是一種在襯底上交替引入前驅(qū)體，通過(guò)在表面交替的飽和反應(yīng)進(jìn)行的自限制生長(zhǎng)薄膜的方法。該方法具有薄膜均勻性好，生長(zhǎng)溫度低，薄膜厚度精確控制，臺(tái)階覆蓋好等優(yōu)點(diǎn)，而等離子體增強(qiáng)原子層沉積（PE-ALD）技術(shù)中等離子體的引入來(lái)提供生長(zhǎng)所需的N源，進(jìn)一步降低了InN薄膜生長(zhǎng)過(guò)程的溫度。
　　本研究利用

3、PE-ALD設(shè)備，對(duì)ALD生長(zhǎng)InN薄膜材料進(jìn)行了探究，并著重探究了氧化鋅（ZnO）作為InN生長(zhǎng)的襯底的可行性。首先通過(guò)幾組實(shí)驗(yàn)，研究了 InN薄膜生長(zhǎng)的幾個(gè)重要參數(shù)：In源（三甲基銦）的出源溫度、射頻等離子體功率的大小、以及襯底溫度，通過(guò)橢偏儀和XRD對(duì)樣品進(jìn)行表征，我們得到了生長(zhǎng)InN的優(yōu)化參數(shù)，并找到了ALD生長(zhǎng)模式的溫度窗口。隨后，利用優(yōu)化后的參數(shù)，分別在Si、藍(lán)寶石、GaN以及ZnO上同時(shí)進(jìn)行生長(zhǎng)InN薄膜的實(shí)驗(yàn)，以及之后在

4、不同的襯底溫度下，單獨(dú)在ZnO襯底上生長(zhǎng)InN薄膜，研究在ZnO襯底上襯底溫度對(duì)InN薄膜質(zhì)量的影響。通過(guò)XRD（GIXRD和高分辨XRD）的圖譜對(duì)比分析，我們發(fā)現(xiàn)四種襯底上都生長(zhǎng)得到了 InN薄膜，但只有在 GaN和ZnO襯底上實(shí)現(xiàn)了<001>方向擇優(yōu)生長(zhǎng)，且ZnO上的衍射峰強(qiáng)于GaN。通過(guò)SEM掃描圖譜我們發(fā)現(xiàn)在四種襯底上生長(zhǎng)的均為多晶。根據(jù) XRD結(jié)果，可知ZnO襯底上生長(zhǎng)的擇優(yōu)取向強(qiáng)，為馬賽克結(jié)構(gòu)的類(lèi)單晶薄膜。通過(guò)AFM掃描圖譜