热退火对InGaN薄膜性质的影响.pdf

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1、第２７卷增刊半导体学报犞狅犾．２７犛狌狆狆犾犲犿犲狀狋２００６年１２月犆犎犐犖犈犛犈犑犗犝犚犖犃犔犗犉犛犈犕犐犆犗犖犇犝犆犜犗犚犛犇犲犮．，２００６热退火对犐狀犌犪犖薄膜性质的影响文博江若琏刘成祥谢自力周建军韩平张荣郑有火斗（南京大学物理系，江苏省光电信息功能材料重点实验室，南京２１００９３）摘要：对采用金属有机化学气相沉积方法生长的犐狀组分为０１４的犐狀犌犪犖薄膜在不同温度下进行了热退火处理．通过犡射线衍射、原子力显微镜、光致发光谱和变温霍尔等测试方法研究了犐狀０．１４犌犪０．８６犖薄膜的晶格质量、表面形貌以及光

2、学特性和电学特性随着退火温度的变化情况．结果表明，有利于提高犐狀０．１４犌犪０．８６犖薄膜质量的最佳退火温度为５００℃．通过对变温霍尔实验数据的拟合，初步分析了退火前后犐狀犌犪犖样品中的多种散射机制以及它们的变化情况．关键词：犐狀犌犪犖；热退火；散射机制犘犃犆犆：８１４０；７３６０犔；７８６５犓中图分类号：犜犖３０４２＋６文献标识码：犃文章编号：０２５３４１７７（２００６）犛０００９２０５积（犕犗犆犞犇）方法生长的犐狀组分为０１４的犐狀犌犪犖１引言薄膜从４００到５５０℃进行热退火．通过犡射线衍射（犡犚犇）、原子

3、力显微镜（犃犉犕）、光致发光（犘犔）谱和犐狀狓犌犪１－狓犖合金是一种重要的ⅢⅤ族直接带变温霍尔等测试方法对犐狀０．１４犌犪０．８６犖薄膜晶格质隙半导体材料．由于其连续可调的禁带宽度（从量、表面形貌、光学性质以及电学输运性质随着退火犌犪犖的３４犲犞到犐狀犖的０７犲犞），宽广的光谱覆盖温度的变化情况进行了分析，并得到了有利于提高范围（从犌犪犖的紫外到犐狀犖的近红外），犐狀晶体质量的最佳退火温度．狓犌犪１－狓犖合金近年来一直是宽带隙半导体材料研究的一个热点．基于这种材料的许多发光器件已经研制成功，如２实验蓝绿光的发光二极

4、管（犔犈犇）和激光二极管（犔犇）［１，２］等．同时，由于它的能带调节范围几乎完美地覆盖了整个太阳光谱，且具有相对于犌犪犃狊系列材料本实验的样品是采用犕犗犆犞犇方法生长的．以更强的抗幅射能力，目前它作为一种有潜力制造出（０００１）晶向的蓝宝石为衬底，在衬底上依次生长了高转换效率串联太阳能电池的理想材料而倍受关３０狀犿厚的低温犌犪犖和２μ犿厚的高温犌犪犖作为缓［３，４］注．但是，由于犐狀犖和犌犪犖之间大的晶格失配冲层．在缓冲层上，以三甲基镓（犜犕犌）、三甲基铟（约１１％）和饱和蒸气压的明显差距，使得两者之间（犜犕犐）和氨气（

5、犖犎３）分别作为镓源、铟源和氮源，在混溶性不好，生长高质量的犐狀狓犌犪１－狓犖材料比较困７３０℃生长了２００狀犿厚的犐狀犌犪犖薄膜．根据犡犚犇难．材料中经常出现相分离、犐狀组分起伏大、点缺陷的测量结果，采用犞犲犵犪狉犱定律，得到犐狀犌犪犖薄膜多及背景载流子浓度高等现象．中的犐狀组分为０１４．将生长好的样品置于封闭退热退火处理是提高材料质量的一个常用方法，火炉中的氮气（犖２）气氛里，在４００到５５０℃之间，每［５，６］在许多的半导体材料制备过程中都有应用，但隔５０℃退火１５犿犻狀，并对各个温度下退火的样品进是对于犐狀薄膜

6、退火的研究，相关报道还不行了表征．用犡犚犇分析了退火后样品晶格质量的狓犌犪１－狓犖［７～９］多．此外，材料的热稳定性对材料和器件的性质变化，用犃犉犕观察了它表面形貌的演变，用犘犔谱影响很大，而犐狀薄膜这方面的报道也很分析了样品的光学特性．样品的载流子浓度和霍尔狓犌犪１－狓犖少．因此本文对犐狀犌犪犖薄膜在不同温度下退火后的迁移率是用范德堡法测量的．还对５００℃下退火前性质进行了研究．我们对采用金属有机化学气相沉后的样品进行了变温霍尔测量，温度从７７到３００犓．国家自然科学基金（批准号：６０４７６０３０），国家高技术研究发

7、展计划（批准号：２００３犃犃３１１０６０）和江苏省自然科学基金（批准号：犅犓２００３２０３）资助项目通信作者．犈犿犪犻犾：狑犲狀犫狅＠狀犼狌．狅狉犵．犮狀２００５１１２３收到２００６中国电子学会增刊文博等：热退火对犐狀犌犪犖薄膜性质的影响９３行比较，用蓝宝石（０００２）衍射峰作为基准进行了归３结果与讨论一化．从比较结果可以看到，样品衍射峰强度在４００和４５０℃下退火并没有明显变化，而在５００℃下退火样品在不同温度退火后的犡射线双晶衍射θ－后，犐狀的衍射峰有所增强，这意味着晶格０．１４犌犪０．８６犖２θ扫描曲线如图

8、１所示．图中所有样品都有三个明质量有所提高．５５０℃退火后，犐狀０．１４犌犪０．８６犖的衍射显的衍射峰，分别对应于犐狀（０００２）、犌犪犖峰显著下降，意味着在此温度下退火晶格质量显著０．１４犌犪０．８６犖（０００２）和犃犾（０００２）的衍射峰，没有观察到相分退化．２犗３离现象．根据犞犲犵犪狉犱定律确定样品犐狀组分为图