InN的制备及其性质研究

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半导体材料科学与技术作为现代高科技的核心技术,一直是推动信息时代发展的原动力。利用半导体材料制备的各种各样的半导体器件和集成电路,促进了现在信息社会的飞速发展。每一次新型半导体材料的成功研发通常能够引领新的技术革命和新兴产业的发展。近年来,Ⅳ-Ⅴ族氮化物半导体材料由于宽带隙宽度、高电子迁移速度、化学性质稳定等优点,已经在超高频晶体管开关、智能电网中的高功率传输、高效太阳能电池、高精度化学传感器等方面取得最新进展。Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体如GaN、AlN和InN以及它们的合金在光显示、光存储、光照明等领域有着广阔的应用前景。其中InN作为一种性能优良的半导体材料被越来越多的人所认识。InN的室温禁带宽度为0.7eV,在Ⅲ族氮化物半导体材料中具有最高的迁移率、电子漂移速度以及最小的有效电子质量,这使得InN在高频,高速率晶体管的应用上具有明显的优势。此外,由于InN与AlN(6.2eV)禁带宽度的不同,调整AI1-xInxN材料中In的含量,可以实现禁带宽度的改变,这样就可以制备从红外到深紫外光谱范围的光电器件。但InN薄膜的制备一直有两个困难:InN材料离解温度低(600℃以上),NH3的分解温度高(1000℃);品格失配。目前国内外制备InN薄膜的主流工艺有MOCVD、MBE、HVPE、磁控溅射技术。本文中,我们使用MOCVD技术在蓝宝石衬底上制备了InN薄膜,研究了不同衬底温度、不同Ⅴ-Ⅲ族比等生长条件下对其性质的影响。本论文的研究工作及结果如下:1.采用MOCVD方法,以高纯三甲基铟[In(CH3)3]作为铟源,高纯NH3作为氮源,高纯N2作为管路载气,以蓝宝石(0001)为衬底,生长温度为400-600℃,反应室压强为30Torr,NH3与三甲基铟(TMIn)流量比为20000/1,制备了一系列的InN薄膜。综合各项测试结果显示,在500℃生长温度下得到的薄膜结晶质量较好,温度过低时薄膜生长速率低,结晶质量差。但随着生长温度的提高,到600℃时,由于InN离解速度增大,以致没有薄膜产生。2.采用MOCVD方法,以高纯三甲基铟[In(CH3)3]作为铟源,高纯NH3作为氮源,高纯N2作为管路载气,以蓝宝石(0001)为衬底,NH3与三甲基铟(TMIn)流量比为15000/1-40000/1,生长温度为500℃,反应室压强为30Torr,制备了一系列的InN薄膜。X射线衍射(XRD)测试结果显示,随着Ⅴ-Ⅲ族比的增加,生长质量变好,当比例为30000时,生长质量最好,但当Ⅴ-Ⅲ族比达到40000/1以后没有薄膜产生。
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