InN基窄帶隙半導體材料的加壓MOVPE生長與物性研究

《InN基窄帶隙半導體材料的加壓MOVPE生長與物性研究》是依託吉林大學，由張源濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：InN基窄帶隙半導體材料的加壓MOVPE生長與物性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張源濤
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

在InN的禁頻寬度從普遍接受的1.9eV進一步被認定為更窄的帶隙值0.64eV之後，近年來InN基材料已逐漸成為III族氮化物半導體材料中的研究熱點。但由於InN低的分解溫度和高的氮平衡蒸氣壓，製備高質量InN很困難，特別是通過傳統的低壓或常壓金屬有機化合物氣相外延（MOVPE）很難達到預定目標。本項目以為可用於光通信系統的InN基紅外雷射器提供高質量的InN基材料作為目標，提出採用加壓MOVPE生長和獨特的薄氣流層橫型爐設計的新方案，通過加大反應室氮分壓抑制InN分解，實現InN高溫生長和薄膜質量的提高，解決InN與InGaN之間生長溫度差異問題，同時開展InN基材料的加壓生長機理和材料物性的研究。本項目研究將為製備高質量的InN薄膜和InN/InGaN量子阱結構材料開闢一條新途徑，提供InN相關的基本物理參數，有效促進InN基材料在光電器件中的套用和發展。

結題摘要

近年來InN基材料已逐漸成為III族氮化物半導體的研究熱點。但由於InN低的分解溫度和高的氮平衡蒸氣壓，製備高質量InN很困難，特別是通過傳統的低壓或常壓MOVPE很難達到預定目標。本項目提出採用加壓MOVPE生長的新方案，通過加大反應室氮分壓抑制InN分解，實現了InN高溫生長和薄膜質量的提高，同時開展了材料物性的研究。 在本項目執行期間，我們做了以下五個方面的研究工作： 第一，加壓MOVPE法製備InN薄膜及其特性研究。我們採用不鏽鋼材質的水平式MOVPE反應室在2個大氣壓下生長InN薄膜，研究了生長溫度對InN薄膜特性的影響。研究結果顯示，在675°C左右很小的生長溫度區間內生長的InN薄膜樣品表現出最好的光學和電學性質。 第二，高質量N極性GaN模板的生長研究。我們採用MOVPE法在（0001）面藍寶石襯底上外延生長了原子級表面光滑的N極性GaN薄膜。通過最佳化生長參數，已經獲得了高質量N極性GaN薄膜，薄膜（0002）面半高全寬僅為50arcsec。高質量N極性GaN可以作為InN基材料的生長模版。 第三，N極性GaN模版上InN基材料生長研究。我們用MOVPE方法製備了N極性InxGa1-xN(0≤x≤1)薄膜，並研究了生長參數對InGaN薄膜的晶體質量以及光學特性的影響。在最佳化的InN和InGaN生長參數基礎上製備了InN/InGaN量子阱，測試並分析了量子阱的光學特性。 第四，InN基異質結的電致發光特性及能帶排列研究。製備了n-InN/p-GaN的異質結髮光二極體，在正向偏壓下，獲得了來自InN側的近紅外1.5µm電致發光。並詳細研究了n-InN納米點/p-Si異質結器件及其在室溫下的電學特性。另外，利用X射線光電子能譜直接對InN/6H-SiC異質結的價帶補償進行了測量。測得異質結價帶補償量為-0.10+/-0.23 eV，導帶補償量為-2.47+/-0.23 eV，說明該異質結為II型能帶排列結構。 第五，其它GaN基相關異質結構器件研究。為在後續研究中設計新穎的器件結構需要，我們探索性製備了三種基於GaN的異質結髮光器件。一種是n-ZnO納米牆網路/p-GaN異質結髮光器件，另一種是n-ZnO納米線陣列/ZnO單晶薄膜/p-GaN異質結髮光器件，還有一種是p-ZnO:As/n-GaN/n-SiC(6H)異質結髮光器件。