V／III比和生長(zhǎng)溫度對(duì)RF-MBEInN表面形貌的影響

1、第*'卷增刊*卄.年'月a >D2* ' ! %<GG91 96CM<69$ + +.半！導(dǎo)！體！學(xué)！報(bào)#8" Q! %M _e Q$?_ A% ! ="#_ QNe# _ %"(#比和生長(zhǎng)溫度對(duì) 8：W , '1D-表面形貌的影響廠肖紅領(lǐng)王曉亮韓勤|王軍喜張南紅徐應(yīng)強(qiáng)劉宏新曾一平李晉閩吳榮漢 #中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所材料中心$北京！，+一0%摘要由于生長(zhǎng)“6Q所需平衡氮?dú)鈮狠^高$而且"6Q分解溫度比較低 $因此在生長(zhǎng)"6Q時(shí)"6原子很容易在表面聚集形成"6滴$使"

2、6Q外延膜的表面形貌變差$影響"6 Q外延膜質(zhì)量的提高2通過(guò)研究$ . %比和生長(zhǎng)溫度對(duì)J =!生長(zhǎng)"6Q外延膜表面形貌的影響$發(fā)現(xiàn)$. %比和生長(zhǎng)溫度對(duì) "6Q外延膜表面"6滴的量有重要影響2通過(guò)選擇合適的$ . %比和生長(zhǎng)溫度$得到了表面平整光亮無(wú)"6滴的"6Q外延膜2關(guān)鍵詞'"6 Q( AJ =! ( A N$%&&)0*+()*-+#() 0，+人中圖分類號(hào)'Q0+(b* ! 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼'$川文章編號(hào)'+* . 0J( , ) ) $*+. &%J+, '

3、;J+(!引言由于新型半導(dǎo)體材料氮化銦# 6 Q %在微電子和光電子領(lǐng)域具有重 要的應(yīng)用 前景$因此 近年來(lái)受到 人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注2原來(lái)人們普遍認(rèn)為"6Q的禁帶寬度為，bW9 a *，+ $但最近 有報(bào)道說(shuō)"6 Q的禁帶寬 度應(yīng)該是+b- 9a左右*"' +2這就使得%J $族氮化物 的發(fā)光波長(zhǎng)范圍可以覆蓋從$ dq的紫外區(qū)#b*9a %到"6Q的紅外區(qū)#+b-9a泠成為制備多種顏色發(fā)光 器件的合適材料(同時(shí)也使得三元化合物"6X5Q材料的禁帶寬度與太陽(yáng)光譜幾乎完美匹配$成為制備新型高效太陽(yáng)能電池的理想材料2另外$因"6Q有

4、 很高的理論電子遷移率*)+$因此$它也是一種制備高速電子器件的理想材料2由于高質(zhì)量"6 Q材料難以制備$因此嚴(yán)重影響了對(duì)其物性和器件研究的進(jìn)展2"6Q體單晶制備非常困難$目前還沒(méi)有相關(guān)報(bào) 道2雖有少數(shù)關(guān)于"6 Q外延膜制備和光學(xué)性質(zhì)研究 的報(bào)道$但仍處于研究的初始階段2由于缺少與之相匹配的襯底材料 $使得"6 Q單晶外延薄膜的制備變 得更加困難Q的分解溫度比較低 $生長(zhǎng)溫度窗口窄$在外延生長(zhǎng)過(guò)程中極易在 表面形成"6滴$這是 目前"6 Q生長(zhǎng)過(guò)程中的迫切需要解決的問(wèn)題之一2本文研究了用aj= !技術(shù)生長(zhǎng)"6 q過(guò)程中 $

5、. %比和生長(zhǎng)溫度對(duì)"6Q表面形貌的影響$有效 地抑制了 "6滴在生長(zhǎng)表面的形成 $在藍(lán)寶石襯底上 得到了表面平整光亮的"6 Q單晶外延膜2"!實(shí)驗(yàn)所有"6Q樣品都是用改裝的國(guó)產(chǎn)分子束外延 設(shè)備生長(zhǎng)的2Q源由高純氮?dú)饨?jīng)射頻等離子體爐產(chǎn)生$高純"6作為"6源2使用襯底為0)b . 1 1的5面 藍(lán)寶石襯底$襯底的清洗方法見(jiàn)參考文獻(xiàn)*- +2襯底裝入生長(zhǎng)室后$首先將襯底溫度升咼到-+ ",+ h除氣$時(shí)間為,+ " 0+ 1； 6 (然后在Q8 o氣氛 中將襯底溫度調(diào)整到)+"_+ h $氮化，+

6、" o+ 1； 6 (最后將襯底溫度降低到生長(zhǎng)溫度生長(zhǎng)"q q夕卜延層2生長(zhǎng)過(guò)程中氮?dú)獾牧髁抗潭?等離子體輸入功率也固定2$ . %比的改變由調(diào)節(jié)"6爐溫度控制$生長(zhǎng)溫 度的改變由調(diào)節(jié)襯底溫度控制 2各樣品的生長(zhǎng)參數(shù)#國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃#批準(zhǔn)號(hào))*+*# o, , w+0和X*+ '0%'國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展規(guī)劃#批準(zhǔn)號(hào))*+0 $ $0,，+ ' + %和國(guó)家自然科學(xué)基金#批準(zhǔn)號(hào)A +, 0 * +*+和* +, 0)+* + %資助項(xiàng)目!肖紅領(lǐng)！男$ W)'年出生$博士研究生 $目前主要從事%j $族氮化物半導(dǎo)體材料的生長(zhǎng)研

7、究2! 1 5 D)4DK； 5> # F9I 2J9 1 ； 25E 2E6!王曉亮！男$W0年出生$博士 $研究員$博士生導(dǎo)師$目前主要從事氮化物材料物理及器件研究2! *+(j+WJ+.收到$* + +(j, ,j*.定稿*+.中國(guó)電子學(xué)會(huì)增刊肖紅領(lǐng)等）! $ . %比和生長(zhǎng)溫度對(duì)AJ = !" 6 Q表面形貌的影響)增刊肖紅領(lǐng)等）! $ . %比和生長(zhǎng)溫度對(duì)AJ = !" 6 Q表面形貌的影響)如表，所示2%51 GD9XF>RC4 C9 1 G9F5C<F9. h= J;6I ;<1 .h#>6C96C>'6Q. /$.

8、(+)*.(2.(+)* +'2#.(+),-,+ 2N.(+),.,0 2!.(+),+*. 2WA.(.),+.W2X.(W),+-'208),+,+ +表！ ”6Q樣品的生長(zhǎng)參數(shù)以及外延膜中“6Q的相對(duì)含量5cD9 , ! XF>RC4 G5F5 1 9C9FH >I ;（F96CF5 1 G9HI-KInI.D Jc人JLL -n1liii翦 加.対 36 胡增刊肖紅領(lǐng)等）! $ . %比和生長(zhǎng)溫度對(duì)AJ = !" 6 Q表面形貌的影響)711椚TIN7'J.O:Tiilium ell ierrrXMTjluie-,tj用反射高能電子衍射#

9、 8 ! ! N %系統(tǒng)對(duì)整個(gè)生 長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行原位觀測(cè) 2樣品的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量用A射線衍射進(jìn)行分析$樣品中"6Q的相對(duì)含量由 A射線衍 射譜中"6 Q #f + +* %衍射峰強(qiáng)度跟“ 6 Q#+* %衍射峰 強(qiáng)度與"6#+, %廳射峰強(qiáng)度之和的比來(lái)表征2（!結(jié)果與討論圖，為$ $ $# $n和！五個(gè)"6 Q樣品的A射線 衍射$#*$掃描譜圖$可以看到所有五個(gè)樣品的A射線衍射譜中都有兩個(gè)明顯的衍射峰$經(jīng)分析可知$位于*$gO,bOi處的峰來(lái)源于"6 Q外延膜的#f+* %衍 射峰（位于*$ g0 *bW處的峰來(lái)源于外延膜表面的 "6滴$屬于

10、"6的# +, %衍射峰2從圖，$圖*和表， 可以看岀$在生長(zhǎng)溫度保持一定#（ + h %的情況下$外延膜表面的"6滴數(shù)量隨著"6束源爐溫度的降低 #$ . %的升高而減少$，6Q的含量則 隨著"6束源 爐溫度的降低#$ . %的升高逐漸升高2當(dāng)"6束源 爐的溫度 從）*. h降低到），+ h時(shí)$'6Q外延膜中 "6 Q的含量從（b .增刊肖紅領(lǐng)等）! $ . %比和生長(zhǎng)溫度對(duì)AJ = !" 6 Q表面形貌的影響)增刊肖紅領(lǐng)等）! $ . %比和生長(zhǎng)溫度對(duì)AJ = !" 6 Q表面形貌的影響)圖0 ! &q

11、uot; 6 Q樣品$ $!和8的表面光學(xué)顯微鏡照片#5 %樣品$ （ # %樣品?。ň軜悠?增刊肖紅領(lǐng)等）! $ . %比和生長(zhǎng)溫度對(duì)AJ = !" 6 Q表面形貌的影響)A;7D! %=R(5B9 >GCE5D1 ; Bz>7F5G4H >'6 QH 51 G®H$ 捋$!#c%$56l8 拒半!導(dǎo)|體|學(xué)|報(bào)第* '卷果表明）在外延生長(zhǎng)"6Q外延膜的過(guò)程中$ . %比過(guò)低可以導(dǎo)致在"6Q外延層表面形成"6滴$因此$ 在一定的生長(zhǎng)溫度下$選擇合適的$ . %比對(duì)改善提高"6 Q外延膜的質(zhì)量極為重要

12、 2圖（為！ $ $X和8四個(gè)"6 Q樣品的A射線衍 射$#*$掃描譜圖2在這四個(gè)樣品的生長(zhǎng)過(guò)程中$6 束源爐溫度保持在），+ h不變$但生長(zhǎng)溫度從.（+ h變到.h #見(jiàn)表，%2從該圖可以看到$! $和X三個(gè)樣品的a射線衍射譜中都有"6 Q #+* %衍射峰 和"6 # +, %衍射峰$而樣品8的A射線衍射譜中則 只有"6 Q #+* %衍射峰2從表，和圖.可以看岀$隨 著"6Q外延膜生長(zhǎng)溫度的升高$樣品中"6的含量逐漸降低$'6 Q的含量逐漸升高$從* b W/升高到,+ /2萊 FJ J2 J4'OBFE =0

13、"# : >©8 陽(yáng)二 RDNQ K=TEH0 BCABKFEB =D 1 DNJC.K=A>EE : =KCREJ=D. JDY 8 : W , 'Q K=TEH= 01D-A 5>8 >67D67$ U567 A;5>D567 $ 8 56d ; 6$ U567 M<6K; $ 34567 Q564>67$A<S ；67: ；567 $ ?；<8 >67K 6 $ 3967 S; G67 $ ?; M6 1; 6 $ 56I U < >67456#'(N2i212/ : . 8/ I

14、 + : (31,2: FN $ 5&t(/NR， 3/ I L ： . 8,+/(, /N $ 9/+7# ) ! , +-0 $ 5&+(' %MLB<RFE) N<9 C> C49D>RI ;l+t>E5C>6 C9 1 G9F5C<F9 56I 4; 74 9： < DcF < 1P 5G>F G9HH<F9 >6;CF>796 $Ct9 G9G5F5C>6 >6I; < 16 ; J CFI 9 # 6Q%9GD5L9FH; HP9FL I ;E<C2! HG

15、9E5DL $6I;< 1 # 6 %I F>(D9CH F1 5C>6I <F67 9G C5< 5D 7F> RC4> '6QD1 H;H5 H9FJ ><H(T>cD)1>F5E4;9P67 4;74 : <5DCL D1H2 6C4;HG5G9F$Z499EC>c>C4 $ . % <KF5C>5 6I 7F>RC1C91 G9F5C<F9> 6C49 F15C>6 >6I;<1I F>GDCH56I C49 H<FE91 >FG

16、4>D>7L >C49 "6 QD1 H; HHC<I ;9Ic L F5I ; >J9： <96ELG D5H1 5J5HHH9I1 >C0E<J D5F C9519 GC5KL # J =! %2'C; H <6IC 45CC49I 96HCL > 6I; < 1I F>GDCHI 9EF95H3HR ; C4 ; 6E95H 67 ; 6 $ . % <KF 5C>5 6I7F> RC4 O 1 G9F5C<F9 2 49 G>HH cD91 9E456; H1>

17、F "6I F>G®CH F1 5C>6R 5H H<779HOIc 5H9I> 6 C49H9 9KG3F; 1 96CH0; 65DL $i 6J 7C0 EFLHG5D"6 QD1 HR ; C4><C"6 I F>G39CH>6 C49 H<F5E95F9 5E4; 9F9I cL >GC 1;B67C49 $ . % <KF5C> 56I 7F> RC4 C91 G9F5C=F9 2SBI T=KNL ) "6Q ( AJ =! ( AJF5L I ;5EC

18、>6$%&&)0* + ()*-+#()0,+人%KJJP>B1. ) +*. 0J(,)協(xié)+. %J卄，'J+(#& F>Y9E3 H=GG>FC9Ic L C49%C5C9O 9L N9P9D>G1 96 C &F>7F5 1> 5H E 9H95FB4> # 4;65 #Q>H2X* + + + '- 0 & + +* # 0, , W+0 %$D49Q 5C>65D8 ; 74 9E46>D>7L 9H95FE45 6IN 9P9D>G1 96C &F>7F5 1> #4; 65#Q> 2 + +0 $ $0, , + '+%56I C49Q 5C>65D Q5CCF5D%E;96E9 A><6I5C>6 >#4;65 #Q>H2 +, 0' +*+ $ +, 0) +*+ %! A;5>8 >67D67 ! 1 5D9$R5H c>F6 ; 6, W) ' $&4NE 56I ; I 5C9 28 9 ;