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1、第27卷第2期半导体学报Vol.27No.22006年2月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSFeb.,20063InN薄膜的退火特性•谢自力张荣修向前毕朝霞刘斌濮林陈敦军韩平顾书林江若琏朱顺明赵红施毅郑有(南京大学物理系江苏省光电功能材料重点实验室,南京210093)摘要:对InN薄膜在氨气氛下的高温退火行为进行了研究.利用XRD,SEM和XPS对样品进行了分析.结果表明,InN薄膜的结晶质量和表面形貌并不随退火温度单调变化.由于高温退火时N原子的挥发,剩下的In原子在样品表面聚集形成I
2、n颗粒.当退火温度高于425℃时,In原子的脱吸附作用增加,从而导致样品表面的In颗粒在退火温度高于425℃时逐渐减少.XRD和SEM结果表明In颗粒密度最高的样品具有最差的结晶质量.这种现象可能是由于In颗粒隔离了其下面的InN与退火气氛的接触,同时,金属In和InN结构上的差异也可能在InN中导致了高密度的结构缺陷,从而降低了InN薄膜的结晶质量.关键词:InN;热退火;X射线衍射;扫描电子显微镜;X射线光电子谱PACC:7360F;7155;6820+中图分类号:TN304123文献标识码:A文章编号:02
3、5324177(2006)0220340205于InN材料生长缺少与之匹配的衬底材料.这就使1引言得高质量InN材料生长特别困难.因此InN材料的研究几乎没有取得什么进展.我们对InN材料的性在Ⅲ族氮化物半导体中[3,4],InN有其特殊的物理质知之甚少.性质.例如,InN具有最小的电子有效质量,它决定最近几年,由于科学技术的进步和发展,InN材了InN具有最高的峰值和饱和电子漂移速率.这使料生长技术也越来越成熟.生长的InN材料中杂质InN在高速、高频电子器件如高电子迁移率晶体管也越来越少.特别是2002年,对
4、InN材料本征能隙方面有着极为重要的应用价值.InN具有最小的禁认识的新突破,对于纯度更纯的InN材料,其能隙带宽度(最新报道为017eV),其和GaN的合金是016～017eV,而不是人们一直认为的119eV.这InxGa1-xN的带隙宽度覆盖了从红外到紫外的波长使得InN材料在微电子和光电子领域中的应用将范围.因此InGaN合金不仅可以用来做紫外和红外有更好的表现.在国际上也因此掀起了一股InN材光电子器件,而且目前光纤通信中所应用的光学器料的研究热潮.因而有必要对InN材料进行研件也有可能用[5]InGaN
5、合金来制备.另外,调节究.InxGa1-xN中的In组分可以用来制备不同禁带宽本文对InN薄膜在氨气氛下的高温退火行为度的多结太阳能电池,其理论效率可达到70%以进行了研究.利用XRD,SEM和XPS对样品进行上.因此,InN作为Ⅲ族氮化物半导体中的一员,有了分析.结果表明,InN薄膜的结晶质量和表面形貌[1]着重要的研究价值.但是直到现在,对于InN材并不随退火温度单调变化.由于高温退火时N原子料的研究还不够充分,一些光电子参数比如光学常的挥发,剩下的In原子在样品表面聚集形成In颗数、禁带宽度、载流子的有效质
6、量和声子波数等都有粒.当退火温度高于425℃时,In原子的脱吸附作用待更精确地确定,这主要是因为高质量的InN薄膜增加,从而导致样品表面的In颗粒逐渐减少.X射[2]很难制备.线衍射(XRD)和电子显微镜(SEM)结果表明,In由于InN具有低的离解温度(≥600℃分解)要颗粒密度最高的样品具有最差的结晶质量.这种现求低温生长,而作为氮源的NH3的分解温度较高,象可能是由于In颗粒隔离了其下面的InN与退火在1000℃左右,这是InN生长的一对矛盾.其次,对气氛的接触,同时,金属In和InN结构上的差异也3国家重
7、点基础研究发展规划(批准号:G2000068305),国家高技术研究发展规划(批准号:2001AA311110,2003AA311060,2004AA311080),国家自然科学基金(批准号:6039072,60476030),国家杰出青年基金(批准号:60025411)和江苏省自然科学基金(批准号:BK2005210,BK2003203)资助项目•通信作者.Email:xzl@nju.edu.cn2005208224收到,2005210212定稿n2006中国电子学会第2期谢自力等:InN薄膜的退火特性341可
8、能在InN中导致了高密度的结构缺陷,从而降低了InN薄膜的结晶质量.2实验InN薄膜采用光加热低压金属有机物化学气相淀积(LRH2LP2MOCVD)技术制备,衬底为(0001)取向的蓝宝石.氨气和TMIn作为生长InN的N源和In源,TMIn的温度控制在40℃,由氢气载入生长腔.蓝宝石衬底送入生长腔前,首先采用有机溶剂对衬底进行超声清洗;然后在170℃的H2SO4∶H3P
