高InN組分InGaN材料生長機理的研究

《高InN組分InGaN材料生長機理的研究》是依託鄭州大學，由劉玉懷擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高InN組分InGaN材料生長機理的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉玉懷
• 依託單位：鄭州大學

項目摘要

高InN組分InGaN材料的發光涵蓋從紫外到紅外波段，可望套用於新型光纖通信光源、無螢光粉白光LED、以及太陽能電池等。然而，目前該材料的生長尚十分困難，主要表現為InGaN材料中InN組分不均勻分布（相分離）、缺陷密度高以及表面平整度差等問題。為此，需要提高生長溫度，以改善固溶特性和提高晶體質量。但InN的熱分解溫度約為600攝氏度，很難進行高InN組分InGaN的高溫生長。針對此現狀，提出加壓有機金屬氣相生長方案，探索生長壓力與最高可生長溫度的關係、溫度和原料供應比例對InGaN相分離的影響，研究加壓條件下藍寶石基片的偏角及氮化處理對InGaN的初期成核過程的作用以及後續生長薄膜中缺陷密度的影響，並通過反應室的流場以及生長動力學的模擬，研究生長壓力對原料供應和InGaN表面形貌的效果。該研究有助於揭示高InN組分InGaN的生長機理、改善其質量、促進其在各種器件中的套用。

結題摘要

高InN組分InGaN材料的發光涵蓋從紫外到紅外波段，可望套用於多種光電器件。然而，目前該材料的生長尚十分困難，主要表現為InGaN材料中InN組分不均勻分布（相分離）、缺陷密度高以及表面平整度差等問題。為此，需要提高生長溫度，以改善固溶特性和提高晶體質量。但InN的熱分解溫度約為600攝氏度，很難進行高InN組分InGaN的高溫生長。針對此現狀，本項目提出加壓有機金屬氣相生長方案，探索生長壓力與最高可生長溫度的關係、研究加壓條件下藍寶石基片的偏角對InGaN的初期成核過程的作用以及後續生長薄膜中缺陷密度的影響，研究生長壓力對原料供應和InGaN表面形貌的效果。本項目主要成果如下： 反應室壓力從650 Torr提高到850 Torr，InN組分增加了2-4%。表明加壓生長對提高InGaN的InN組分是有效的。在反應室壓力為2400 Torr、生長溫度為550ºC的條件下，獲得了表面平坦性良好的In0.77Ga0.23N/InN異質結構。與650 Torr生長壓力相比，2400 Torr的反應器所提供的單晶InN生長條件視窗比較大，有助於高溫生長條件下形成緻密的InN薄膜。另外，生長壓力1600 Torr、生長溫度575℃以下InN的表面形貌表現為柱狀結構，隨著溫度的增加，由於表面原子遷移效應的增強，晶粒尺寸出現增大趨勢。當生長溫度為575℃時，InN表面出現原子台階形貌。此外，在生長壓力1600 Torr下研究了InN的表面形貌隨藍寶石襯底偏角的變化，結果表明，隨著藍寶石襯底偏角的增大，InN的晶粒尺寸增大。FTIR測量結果表明，當生長溫度高於600℃時，InN結晶質量隨生長溫度升高而降低，意味著生長壓力需要進一步提高。另外，高V/III比條件下生長的InN的晶體質量較差，可能歸因於表面原子遷移行為受高V/III比條件的阻礙。當生長溫度低於600℃時，晶體質量隨生長溫度的提高而提高。生長壓力分別為650 Torr、1200 Torr和 1600 Torr下生長的InN薄膜的室溫PL譜表明，三種生長壓力下的InN薄膜均出現帶邊發光峰，且生長壓力較高的InN薄膜的PL發光強度較高，表明高壓生長有利提高InN的發光性能。1200 Torr和 1600 Torr下生長的InN薄膜的載流子濃度隨溫度的升高而降低，但隨生長壓力的增大沒有表現明顯的變化。