高质量InGaN的等离子体辅助分子束外延生长和In的反常并入行为

吴渊渊; 郑新和; 王海啸; 甘兴源; 文瑜; 王乃明; 王建峰; 杨辉

doi:10.7498/aps.62.086101

摘要

采用射频等离子体辅助分子束外延技术生长得到了In组分精确可控且高质量的InxGa1-xN (x ≤ 0.2) 外延薄膜. 生长温度为580 ℃的In0.19Ga0.81N薄膜(10.2) 面非对称衍射峰的半高宽只有587弧秒, 背景电子浓度为3.96× 1018/cm3. 在富金属生长区域, Ga束流超过N的等效束流时, In组分不为零, 即Ga并没有全部并入外延层; 另外, 稍微增加In束流会降低InGaN的晶体质量.

关键词:

Abstract

Growth behaviors of InxGa1-xN (x ≤ 0.2) materials by plasma-assisted molecular beam epitaxy (PA-MBE) are investigated in detail. A precise control of the incorporation of indium into InxGa1-xN at a growth temperature of 580 ℃ is realized. The In0.19Ga0.81N shows a very narrow width of 587 arcsec for the (10.2) asymmetrical reflection from high-resolution X-ray diffraction and the background electronic concentration is 3.96× 1018 cm3. In the region of metal-rich growth, no negligible indium incorporation is observed even if the Ga beam flux is much larger than the equivalent N flux. This growth behavior might be ascribed to an incomplete Ga incorporation during InGaN growth. In addition, a slight increase of In flux results in crystalline quality degradation of InGaN epilayers.

Keywords:

InGaN epilayer /
plasma-assisted molecular beam epitaxy /
indium incorporation /
crystalline quality

作者及机构信息

1.
中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 纳米器件与应用重点实验室, 苏州 215123;

2.
中国科学院大学, 北京 100080

Authors and contacts

1.
Key Laboratory of Nanodevices and Applications, Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics, Chinese Academy of Sciences, Suzhou 215123, China;

2.
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China

参考文献

[1]	Osamura K, Ohtsuki A, Shingu P H, Murakami Y, Nakajima K 1972 Solid State Commun. 11 617
[2]	Mukai T, Yamadam M, Nakamuras S 1999 Jpn. J. Appl. Phys. 38 3976
[3]	Nakamura S, Senoh M, Nagahama S I, Iwasa N, Matsushita T 2000 Appl. Phys. Lett. 76 22
[4]	Jano O, Honsberg C, Asghar A, Nicol D, Ferguson L, Doolittle A, Kurtz S 2005 31st IEEE Photovolatic Specialists Conference Orlando, United States of America, Jan. 3-7, 2005 p37
[5]	Zhang D Y, Zheng X H, Li X F, Wu Y Y, Wang H, Wang J F, Yang H 2012 Chin. Phys. B 21 087802
[6]	Bhuiyan A G, Hashimoto A, Yamamoto A 2003 J. Appl. Phys. 94 2779
[7]	Kraus A, Hammadi S, Hisek J, Buss R, Jonen H, Bremers H, Rossow U, Sakalauskas E, Goldhahn R, Hangleiter A 2011 J. Cryst. Growth. 323 72
[8]	Moseley M, Lowder J, Billing D, Doolittle W A 2010 Appl. Phys. Lett. 97 191902
[9]	Zhang D Y, Zheng X H, Li X F, Wu Y Y, Wang J F, Yang H 2012 J. Semicond. 33 103001
[10]	Heying B, Smorchkova L, Poblen C 2000 Appl. Phys. Lett. 77 2886
[11]	Huang J S, Dong X, Liu X L, Xu Z Y, Ge W K 2003 Acta Phys. Sin. 52 2632 (in Chinese) [黄劲松, 董逊, 刘祥林, 徐仲英, 葛维琨 2003 52 2632]
[12]	Li S F, Schörmann J, Pawlis A, As D J, Lischaka K 2005 Microelectron. J. 36 963
[13]	Adelmann C, Langer R, Feuillet G, Daudin B 1999 Appl. Phys. Lett. 75 3518
[14]	Storm D F 2001 J. Appl. Phys. 89 2452
[15]	Böttcher T, Einfeldt S, Kichner V, Figge S, Heinke H 1998 Appl. Phys. Lett. 73 3232
[16]	Li S F, Yang H, Xu D P, Zhao D G, Sun X L, Wang Y T, Zhang S M 2000 Chin. J. Semicond. 21 549 (in Chinese) [李顺峰, 杨辉, 徐大鹏, 赵德刚, 孙小玲, 王玉田, 张书明 2000 半导体学报 21 549]
[17]	Bedair S M, Mcintosh F G, Roberts J C, Piner E L, Boutros K S, El-Masry N A 1997 J. Cryst. Growth 178 32
[18]	Zhang D Y 2012 Ph. D. Dissertation (Beijing:Graduate University of Chinese Academy of Sciences) (in Chinese) [张东炎 2012 博士学位论文 (北京:中国科学院研究生院)]
[19]	Zheng X H, Chen H, Yan Z B, Han Y J, Yu H B, Li D S, Huang Q, Zhou J M 2003 J. Cryst. Growth 255 63
[20]	Soh C B, Chua S J, Lim H F, Chi A Z, Tripathy S, Liu W 2004 J. Appl. Phys. 96 1341
[21]	Neugebauer J, Van de Walle C G 1996 Appl. Phys. Lett. 69 503
[22]	Nakamura S, Lwasa N 1992 Jpn. J. Appl. Phys. 31 1258
[23]	Li Y Z, Xing Y H, Han J, Chen X, Deng X G, Xu C 2012 Chin. J. Luminescence 33 1085 (in Chinese) [李影智, 邢艳辉, 韩军, 陈翔, 邓旭光, 徐晨 2012 发光学报 33 1085]

施引文献

[1]	Osamura K, Ohtsuki A, Shingu P H, Murakami Y, Nakajima K 1972 Solid State Commun. 11 617
[2]	Mukai T, Yamadam M, Nakamuras S 1999 Jpn. J. Appl. Phys. 38 3976
[3]	Nakamura S, Senoh M, Nagahama S I, Iwasa N, Matsushita T 2000 Appl. Phys. Lett. 76 22
[4]	Jano O, Honsberg C, Asghar A, Nicol D, Ferguson L, Doolittle A, Kurtz S 2005 31st IEEE Photovolatic Specialists Conference Orlando, United States of America, Jan. 3-7, 2005 p37
[5]	Zhang D Y, Zheng X H, Li X F, Wu Y Y, Wang H, Wang J F, Yang H 2012 Chin. Phys. B 21 087802
[6]	Bhuiyan A G, Hashimoto A, Yamamoto A 2003 J. Appl. Phys. 94 2779
[7]	Kraus A, Hammadi S, Hisek J, Buss R, Jonen H, Bremers H, Rossow U, Sakalauskas E, Goldhahn R, Hangleiter A 2011 J. Cryst. Growth. 323 72
[8]	Moseley M, Lowder J, Billing D, Doolittle W A 2010 Appl. Phys. Lett. 97 191902
[9]	Zhang D Y, Zheng X H, Li X F, Wu Y Y, Wang J F, Yang H 2012 J. Semicond. 33 103001
[10]	Heying B, Smorchkova L, Poblen C 2000 Appl. Phys. Lett. 77 2886
[11]	Huang J S, Dong X, Liu X L, Xu Z Y, Ge W K 2003 Acta Phys. Sin. 52 2632 (in Chinese) [黄劲松, 董逊, 刘祥林, 徐仲英, 葛维琨 2003 52 2632]
[12]	Li S F, Schörmann J, Pawlis A, As D J, Lischaka K 2005 Microelectron. J. 36 963
[13]	Adelmann C, Langer R, Feuillet G, Daudin B 1999 Appl. Phys. Lett. 75 3518
[14]	Storm D F 2001 J. Appl. Phys. 89 2452
[15]	Böttcher T, Einfeldt S, Kichner V, Figge S, Heinke H 1998 Appl. Phys. Lett. 73 3232
[16]	Li S F, Yang H, Xu D P, Zhao D G, Sun X L, Wang Y T, Zhang S M 2000 Chin. J. Semicond. 21 549 (in Chinese) [李顺峰, 杨辉, 徐大鹏, 赵德刚, 孙小玲, 王玉田, 张书明 2000 半导体学报 21 549]
[17]	Bedair S M, Mcintosh F G, Roberts J C, Piner E L, Boutros K S, El-Masry N A 1997 J. Cryst. Growth 178 32
[18]	Zhang D Y 2012 Ph. D. Dissertation (Beijing:Graduate University of Chinese Academy of Sciences) (in Chinese) [张东炎 2012 博士学位论文 (北京:中国科学院研究生院)]
[19]	Zheng X H, Chen H, Yan Z B, Han Y J, Yu H B, Li D S, Huang Q, Zhou J M 2003 J. Cryst. Growth 255 63
[20]	Soh C B, Chua S J, Lim H F, Chi A Z, Tripathy S, Liu W 2004 J. Appl. Phys. 96 1341
[21]	Neugebauer J, Van de Walle C G 1996 Appl. Phys. Lett. 69 503
[22]	Nakamura S, Lwasa N 1992 Jpn. J. Appl. Phys. 31 1258
[23]	Li Y Z, Xing Y H, Han J, Chen X, Deng X G, Xu C 2012 Chin. J. Luminescence 33 1085 (in Chinese) [李影智, 邢艳辉, 韩军, 陈翔, 邓旭光, 徐晨 2012 发光学报 33 1085]

[1]	余森, 许晟瑞, 陶鸿昌, 王海涛, 安瑕, 杨赫, 许钪, 张进成, 郝跃. 离子注入诱导成核外延高质量AlN. , 2024, 73(19): 196101. doi: 10.7498/aps.73.20240674
[2]	祝梦遥, 鲁军, 马佳淋, 李利霞, 王海龙, 潘东, 赵建华. 高质量稀磁半导体(Ga, Mn)Sb单晶薄膜分子束外延生长. , 2015, 64(7): 077501. doi: 10.7498/aps.64.077501
[3]	郭瑞花, 卢太平, 贾志刚, 尚林, 张华, 王蓉, 翟光美, 许并社. 界面形核时间对GaN薄膜晶体质量的影响. , 2015, 64(12): 127305. doi: 10.7498/aps.64.127305
[4]	蔚翠, 李佳, 刘庆彬, 蔡树军, 冯志红. Si面4H-SiC衬底上外延石墨烯近平衡态制备. , 2014, 63(3): 038102. doi: 10.7498/aps.63.038102
[5]	苏少坚, 张东亮, 张广泽, 薛春来, 成步文, 王启明. Ge(001)衬底上分子束外延生长高质量的Ge1-xSnx合金. , 2013, 62(5): 058101. doi: 10.7498/aps.62.058101
[6]	苏元军, 徐军, 朱明, 范鹏辉, 董闯. 利用等离子体辅助脉冲磁控溅射实现多晶硅薄膜的低温沉积. , 2012, 61(2): 028104. doi: 10.7498/aps.61.028104
[7]	胡懿彬, 郝智彪, 胡健楠, 钮浪, 汪莱, 罗毅. 分子束外延生长InGaN/AlN量子点的组分研究. , 2012, 61(23): 237804. doi: 10.7498/aps.61.237804
[8]	柯博, 汪磊, 倪添灵, 丁芳, 陈牧笛, 周海洋, 温晓辉, 朱晓东. 电子回旋共振-射频双等离子体沉积氧化硅薄膜过程中的射频偏压效应. , 2010, 59(2): 1338-1343. doi: 10.7498/aps.59.1338
[9]	刘峰, 孟月东, 任兆杏, 舒兴胜. 感应耦合等离子体增强射频磁控溅射沉积ZrN薄膜及其性能研究. , 2008, 57(3): 1796-1801. doi: 10.7498/aps.57.1796
[10]	何萌, 刘国珍, 仇杰, 邢杰, 吕惠宾. 用激光分子束外延在Si衬底上外延生长高质量的TiN薄膜. , 2008, 57(2): 1236-1240. doi: 10.7498/aps.57.1236
[11]	曹春芳, 吴惠桢, 斯剑霄, 徐天宁, 陈静, 沈文忠. 分子束外延PbTe单晶薄膜的反常拉曼光谱研究. , 2006, 55(4): 2021-2026. doi: 10.7498/aps.55.2021
[12]	彭冬生, 冯玉春, 王文欣, 刘晓峰, 施炜, 牛憨笨. 一种外延生长高质量GaN薄膜的新方法. , 2006, 55(7): 3606-3610. doi: 10.7498/aps.55.3606
[13]	王瑞敏, 陈光德, 竹有章. 六方相InGaN外延膜的显微Raman散射. , 2006, 55(2): 914-919. doi: 10.7498/aps.55.914
[14]	刘乃鑫, 王怀兵, 刘建平, 牛南辉, 张念国, 李彤, 邢艳辉, 韩军, 郭霞, 沈光地. 高空穴浓度Mg掺杂InGaN外延材料性能的研究. , 2006, 55(9): 4951-4955. doi: 10.7498/aps.55.4951
[15]	王庆学, 杨建荣, 孙涛, 魏彦锋, 方维政, 何力. Hg1－xCdxTe分子束外延薄膜晶格参数与组分关系的研究. , 2005, 54(8): 3726-3733. doi: 10.7498/aps.54.3726
[16]	李宇杰, 张晓娜, 介万奇. Cd1-xZnxTe晶体退火条件的选择及Zn压对退火晶体质量的影响. , 2001, 50(12): 2327-2334. doi: 10.7498/aps.50.2327
[17]	傅广生, 于威, 王淑芳, 李晓苇, 张连水, 韩理. 辉光放电等离子体辅助XeCl准分子激光溅射沉积碳氮薄膜. , 2001, 50(11): 2263-2268. doi: 10.7498/aps.50.2263
[18]	易新建, 李毅, 郝建华, 张新宇, G.K.WONG. 分子束外延生长Sb薄膜及其量子尺寸效应. , 1998, 47(11): 1896-1899. doi: 10.7498/aps.47.1896
[19]	李超荣, 朱爱军, 戴道扬, 麦振洪. SrTiO3基片的晶体质量及表面粗糙结构的X射线研究. , 1997, 46(9): 1758-1763. doi: 10.7498/aps.46.1758
[20]	吕宏强, 王杰, 沈军, 刘咏, 王迅, 王昌平, 王建宝, 李晨, 沈孝良. 衬底温度对热壁外延ZnSe薄膜质量的影响. , 1992, 41(8): 1308-1314. doi: 10.7498/aps.41.1308

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