Al(In)N半導(dǎo)體薄膜的制備與物性研究.pdf

1、AlInN的物性一般可通過(guò)改變組分的方法進(jìn)行大跨度調(diào)節(jié),并可與GaN等材料晶格匹配,因此AlInN是比AlGaN和InGaN更為優(yōu)異的三族氮化物三元合金材料。然而制備高質(zhì)量的AlInN是當(dāng)前的一大難題。AlN/GaN租AlGaN/GaN超晶格是當(dāng)前三族氮化物超晶格結(jié)構(gòu)的研究熱點(diǎn),而AlN/InN超晶格研究幾乎尚為空白。但AlN與InN在帶隙與電學(xué)等方面的特性差異極大,使AlN/InN超晶格結(jié)構(gòu)具有潛在的巨大應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文

2、就如何提高AlInN質(zhì)量和AlN/InN與AlN/GaN超晶格能帶結(jié)構(gòu)兩方面展開(kāi)研究,取得如下結(jié)果:
　　 1.為研究?jī)?yōu)化AlInN質(zhì)量的生長(zhǎng)方法,探討其生長(zhǎng)機(jī)制,本文利用單靶射頻濺射法在不同條件和不同緩沖層結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)出了不同質(zhì)量的AlInN薄膜。利用XRD,TEM等多種方法測(cè)試發(fā)現(xiàn)改進(jìn)生長(zhǎng)條件后薄膜質(zhì)量明顯提高:降低工作氣壓和Ar/N2比值能夠極大增進(jìn)AlInN的(0002)取向性,較高氣壓和N2比例有助于晶粒長(zhǎng)大;在較高溫度

3、生長(zhǎng)對(duì)薄膜質(zhì)量有強(qiáng)烈劣化作用,退火處理能夠進(jìn)一步提高晶體取向性。緩沖層結(jié)構(gòu)對(duì)晶體質(zhì)量也有顯著作用,AlInN/AlN/AlInN結(jié)構(gòu)的薄膜具有最高的取向性,與口軸取向有關(guān)的衍射峰完全消失。同時(shí),研究指出在AlInN生長(zhǎng)中,AlInN和TiN可能是比AlN更為優(yōu)異的緩沖層材料,而SiNx不適于作為緩沖層。對(duì)組分與應(yīng)變的研究發(fā)現(xiàn),Al組分分布在～0.24-0.31之間,樣片基本都受壓應(yīng)變,壓應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)會(huì)使Al組分具有增加的趨勢(shì)。隨薄膜質(zhì)量提高

4、,電學(xué)特性隨之得以改善。實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn),在AlInN生長(zhǎng)初期可能會(huì)自發(fā)生成富Al和富In的雙緩沖層結(jié)構(gòu)。
　　 2.利用Kr(o)nig-Penney模型和形變勢(shì)理論探討了纖鋅礦型AlN/InN和AlN/GaN超晶格系統(tǒng)的能帶結(jié)構(gòu)和不同應(yīng)變模式對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的影響,計(jì)算得到能帶結(jié)構(gòu)隨亞層參量變化的一般性規(guī)律、超晶格的能量色散關(guān)系、應(yīng)變?cè)斐傻挠绊懸约跋到y(tǒng)禁帶寬度和導(dǎo)帶第一子禁帶寬度。研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)改變亞層厚度可以從不同形式設(shè)計(jì)能帶結(jié)構(gòu);應(yīng)