论文部分内容阅读
InN和富In的InGaN材料具有直接带隙，可作为长波长发光器件的有源区；随In/Ga组分的变化，这类材料的吸收边和太阳光谱非常匹配，可应用在全谱太阳能电池中。本论文采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法生长了InN基材料并详细研究了它们的性质。
1、在c面蓝宝石上采用不同缓冲层生长了c面InN薄膜，这些缓冲层包括直接在氮化的衬底上生长、低温InN层、厚的GaN模板。对称和非对称x射线扫描证实所有InN薄膜和衬底具有一致的取向关系：实验发现低温InN成核层大大提高了InN的晶体质量，使x射线(0002)摇摆曲线半峰宽从2.44°降低到1.09°，而厚的GaN缓冲层更使InN薄膜的半峰宽降到0.360；Williamson-Hall曲线图也得出长在厚GaN缓冲层上的InN薄膜具有大的横向相干长度，但是它的表面形貌却最差。因此提出综合利用GaN缓冲层和低温InN层可能获得表面平整、晶体质量高的InN薄膜。
2、三族氮化物沿[0001]c轴有很强的极化效应，沿非极性方向生长材料是消除极化效应的根本方法。研究了r面蓝宝石上a面InN的生长，并对其结构和电学性质做了分析。实验发现650℃生长的InN不如600℃生长的晶体质量好；原子力显微像没有发现InN有表面条纹结构，仔细研究表明这是由于低温生长时原子迁移没有明显的各向异性所致。但是x射线摇摆曲线和hall测量显示InN沿[0001]方向有序度较差。根据各种可能的假设，我们推断沿[0001]方向分布的层错是最有可能导致这种反常各向异性的原因。
3、研究了InN的光学性质，测量了不同缓冲层上生长的c面InN薄膜和a面InN薄膜的光荧光。低温光荧光、室温荧光和吸收谱都证实了InN具有窄的带隙。变温光荧光发现在含有金属In颗粒的c面InN薄膜中，当温度从22K升到190K时其荧光峰蓝移了22meV，研究认为金属InN颗粒和InN薄膜的界面态造成了这种反常蓝移。
4、由于InN和GaN的品格常数相差很大，InGaN材料很容易出现相分离，即分解为不同In组分的区域。在GaN/蓝宝石上生长了不同In组分的InGaN薄膜，x射线ω/20扫描证实In组分为20％和40％的InGaN都存在相分离，即存在多个与InGaN相关的衍射峰。所有样品在2θ=33°处都存在一个特殊的衍射峰，通过在GaN上生长一个金属In薄膜作为对比证明这个衍射峰来源于金属In。透射电子显微像和高分辨像研究表明金属In以10-50nm大小的团簇形式随机分布于InGaN薄膜中，两者的取向关系为InGaN[0001]//Indium[101]，InGaN[11-20]//Indium[0-10]。