InGaN、InN及其异质结构材料生长与特性研究

摘要

InN及InGaN材料在电子和光电器件方面有诱人的应用前景,但由于InN生长的特殊性和InGaN合金中的相分离等问题,阻碍了高质量InN基材料的制备。近年来,随着氮化物半导体材料生长技术的进步和人们其生长机理认识的深入,为制备高质量的高In组分InGaN及InN材料提供了很好的基础。本文即在此背景下,对InN基材料生长方法与特性进行了深入研究,研究成果如下:
　　 采用低压MOCVD生长方法,通过生长工艺的优化,成功地制备出不同组分的InGaN薄膜,并研究了生长工艺参数对材料特性的影响。
　　 对于在常规GaN生长条件下制备的InGaN来说,提高压强和降低温度均有利于In的结合和表面形貌的改善。在较高压强下,所制备的InGaN薄膜表面同时出现螺旋型小丘和孔这两种典型的形貌；提高反应气体的Ⅴ/Ⅲ比,孔的密度和尺寸均下降；提高温度可以加快生长速率,表面形貌变好,但牺牲了In组分。
　　 将InGaN薄膜材料引入到GaN异质结构中,通过生长工艺参数与结构优化,成功地生长出InGaN沟道异质结构以及InGaN背势垒双异质结构。
　　 InGaN作为沟道层时,测试结果表明,在低温势垒层结构下,得益于界面粗糙度的减小,二维电子气的电特性提高,而InGaN层组分和厚度波动等质量问题也成为限制其迁移率的重要因素；InGaN作为背势垒时,GaN沟道中载流子限域性和面密度均提高,但由于受到来自InGaN层的各种散射,迁移率下降。
　　 采用低压MOCVD生长方法,在不同的衬底和氮化条件下进行了InN材料生长的探索研究。
　　 对于蓝宝石衬底,高温氮化有利于形成较均匀和平坦的具有六角单相晶体结构的小岛；对于在Si衬底,低温氮化反而有利于提高:InN的成核几率,小岛的形状不规则,尺寸较蓝宝石衬底大幅提高；对于GaN缓冲层/Sapphire衬底,在三种不同极性的缓冲层上的小岛形貌差异明显。