离子束辐照导致InxGa1-xN (0.32≤x≤1.0)薄膜表面形貌及化学组分的变化

摘要

InGaN是重要的Ⅲ族氮化物半导体材料，已经被广泛应用于光电器件的制作，并对发展新一代的太阳能光伏器件具有独特的应用前景。研究离子束的辐照损伤效应对于离子注入技术在InGaN材料中的应用以及InGaN基半导体器件的抗辐射评价等具有重要意义。近年来，作者所在课题小组对离子束辐照导致InGaN薄膜微结构、光学和电学性质的变化进行了研究。本论文旨在研究载能离子辐照导致InGaN表面形貌和化学组分的变化。
　　我们使用5MeV Xe离子分别在室温和500℃下对纤锌矿结构的InxGa1-xN(0.32≤x≤1.0)薄膜进行了辐照，然后利用光学显微镜(OM)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)和Raman光谱等对薄膜的表面形貌和化学组分进行了测试与分析，并对室温Xe离子辐照的薄膜进行了高温(500℃)退火研究。研究结果表明：(1)当室温Xe离子辐照的剂量达到3×1013cm-2时，富Ga InxGa1-xN(x<0.5)薄膜的表面几乎没有发生变化，而富In薄膜的表面出现了直径约为几个μm的凸起/凹坑，这与辐照薄膜中N2气泡的形成有关；(2)辐照后500℃的退火会使得薄膜表面的损伤程度变得更加严重，这被归因于较小的N2气泡在高温退火过程中会相互合并形成较大的气泡；(3)对于500℃的高温Xe离子辐照，当离子辐照量增加至3×1013cm-2时，由于增强的动态退火效应薄膜表面的损伤程度明显低于室温辐照的情况，但当离子辐照量继续增加至6×1013cm-2时，富In薄膜发生了剥落；(4)辐照导致了薄膜表面金属原子的氧化，氧化程度随着In组分的增加而增大；(5)辐照后富In薄膜表面N原子的浓度明显降低，这可能与N2气泡的形成和释放有关。总体而言，我们的研究结果清楚的显示离子辐照导致InxGa1-xN表面的损伤程度会随着x的增加而显著增大，研究结果对于离子束技术在InGaN材料中的应用可能具有重要意义。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文的主要工作

第二章 实验

2.1 实验样品

2.2 离子辐照与退火实验

2.3 样品表面形貌测试

2.4 样品表面化学组分的测试

第三章 离子束辐照导致InxGa1-xN表面形貌变化的研究

3.1 原生薄膜的表面形貌分析

3.2 室温Xe离子辐照导致薄膜表面形貌的变化

3.3 室温Xe离子辐照后薄膜表面形貌的高温退火效应

3.4 高温Xe离子辐照导致薄膜表面形貌的变化

3.5 离子束辐照导致薄膜表面出现凸起和凹坑的物理机制

第四章 离子束辐照导致InxGa1-xN化学组分变化的研究

4.1 原生薄膜的化学组分分析

4.2 室温Xe离子辐照导致薄膜表面化学组分的变化

4.3 高温Xe离子辐照导致薄膜表面化学组分的变化

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢

附录1