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浅谈InN材料的电学特性

上传人:未知

上传时间: 2011-06-12

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  InN有望成为长波长半导体光电器件、全彩显示、高效率太阳能电池的优良半导体材料。

  一、制造InN薄膜目前存在的难题

  制备高品质的InN体单晶材料和外延薄膜单晶材料是研究和开发InN材料应用的前提。但是,制造InN薄膜有两大困难。

  一是InN材料的离解温度较低,在600 ℃左右就分解了,这就要求在低温生长下InN ,而作为氮源的NH3的分解温度较高,要求1000℃左右,这是InN生长的一对矛盾,因此采用一般的方法很难制备单晶体材料,目前制造InN薄膜最常用的方法是MBE、HVPE、磁控溅射、MOCVD技术。

  二是很难找到合适的衬底,由于InN单晶非常难获得,所以必须得异质外延InN薄膜,这就很难避免晶格匹配这个大问题。一般都是在蓝宝石衬底上先生长氮化物的缓冲层,然后再异质外延InN薄膜,研究显示,GaN缓冲层上生长的InN薄膜比较理想。MBE技术生长可以精确控制外延片膜厚度,得到优良的外延片材料,但生长的速度较慢,对于较厚要求的外延片生长耗时过长,不能满足大规模生产的要求。

  对于光电器件,特别是LED、LD芯片,一般都采用用MOCVD技术。这是因为MOCVD技术是以In有机源为金属源,以N2作为载气,NH3作为氮源,通过二步工艺或其他手段在低温500℃左右进行InN生长。MOCVD的生长速度适中,可以比较精确地控制外延薄膜厚度,特别适合于光电器件的大规模工业生产。

  二、InN材料的电学特性

  对InN材料最为关注的就是其带隙问题,到现在还有很多疑问没有解决。虽然现在很多人都认为其带隙为0.6-0.9eV,但也有人认为InN的带隙也许比这个值稍大一些:1.25–1.30 eV 。持较大带隙观点的认为带隙为0.6-0.7eV的这些样品中也许含有深的缺陷能级,认为InN中存在深能级缺陷,大约是0.5eV,这样一来0.7eV 正好对应的是1.25-1.30eV。持低能带隙的认为测得较高带隙的样品是由于掺入杂质、Moss-Burstein效应,或是其他因素造成的。氧掺杂对InN带隙的影响,通过掺入不同的氧杂质,得到了带隙从0.7-2.0连续变化的禁带,说明氧是造成带隙变宽的一个因素。

  InN材料的另一个重要问题是InN都呈现出很强的n型电导特徵,这与GaN有些相似,但在InN中这个问题更加严重。InN的费米稳定能级EB在导带里面,这就意味着在InN中即使电子浓度升高,费米能级增大,也很难形成p型的本征补偿缺陷,这就使得电子饱和浓度变得非常大,理论计算表明[29]其饱和电子浓度NS接近1021cm-3。

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