賈文博，李培咸，周小偉，楊 揚

(西安電子科技大學(xué) 技術(shù)物理學(xué)院，陜西 西安710071)

作為III－V族化合物半導(dǎo)體太陽電池材料中的新成員，InGaN材料具有在禁帶寬度0.7～3.4 eV范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，幾乎覆蓋整個太陽光譜等一系列優(yōu)點［1］，引起業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。用于太陽能電池的InGaN材料，要求質(zhì)量好，而且In的組分可變，太陽能可見光部分的波長在380～780 nm，而且藍綠光占的比重最大，所以生長對應(yīng)In組分的高質(zhì)量InGaN材料成為了核心問題［1］，但是，對于銦鎵氮材料的生長存在較多問題，例如結(jié)晶質(zhì)量差，難以得到高的In組分合金、相分離和In的析出［3］等。文中通過對InGaN材料生長方式的改變，研究脈沖生長對InGaN材料的結(jié)晶質(zhì)量、組分和In的析出進行分析。

1 實驗

文中的樣品均由西安電子科技大學(xué)寬禁帶半導(dǎo)體國家重點實驗室自主設(shè)計的120型MOCVD設(shè)備上進行生長，為在高質(zhì)量的GaN上生長，樣品的結(jié)構(gòu)都是在藍寶石襯底上620℃生長一層低溫氮化鋁成核層，然后在1 060～1 075℃生長薄層高溫氮化鋁［2］，在940℃生長1.4μm的氮化鎵，所有的銦鎵氮都是在這一層氮化鎵上面生長的。TEGa和TMIn分別為Ga源和In源，NH3為N源。通入的Ⅴ－Ⅲ比較高，是為了提高銦的組分［5］。

樣品1:直接生長InGaN，NH3流量為1 500 sccm，TEGa的摩爾流速為6.984×10－6mol/min，TMIn的摩爾流速為9.773×10－6mol/min。樣品2:是脈沖生長InGaN，流量和樣品1完全一致，生長的方式是分別通入NH3，TEGa，NH3，TMIn各6 s，樣品1和樣品2都在720℃下生長，壓力為200 torr(1 torr=133 Pa)，樣品結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 樣品生長結(jié)構(gòu)

2 結(jié)果與討論

樣品1的XRD數(shù)據(jù)如圖2所示。

樣品2的XRD數(shù)據(jù)如圖3所示。

由上述XRD樣品的結(jié)果可以看出，直接生長的InGaN樣品具有更高的In組分，720℃下的In組分達到了13%，而脈沖生長的組分則相對較多，如圖3所示，InGaN和GaN的峰位較接近，表明In的含量微小。但是直接生長出現(xiàn)了In析出現(xiàn)象，而同樣生長條件使用脈沖法生長的InGaN則看不到In的析出，這說明脈沖生長方法對In滴的形成有一定的抑制作用。這是因為，In滴的形成與In在氣氛中的濃度有關(guān)［3］，當采用脈沖方法生長時，在生長表面的In的濃度要低于常規(guī)生長，降低了In滴形成的可能性。

對于In的組分降低原因:第一，由于是分時通入，在生長過程中，In的濃度要低于直接生長.第二，由于In－N鍵較弱，且In的遷移能力較強，在620℃時不穩(wěn)定。當通入In源之后的3個周期，已經(jīng)成鍵的In－N鍵有一部分會重新分解，逆反應(yīng)發(fā)生，從而也降低了In的并入，生長速率也會變慢。

由于樣品2的InGaN峰和氮化鎵本征的峰交疊嚴重，難以通過半高寬來表征材料質(zhì)量，只有通過PL譜看材料的質(zhì)量［6］，由于太陽能電池要吸收太陽光產(chǎn)生電子—空穴對，所以用PL譜來表征InGaN的質(zhì)量也是很好的一種手段。圖4是樣品1的PL圖譜。

從PL譜的數(shù)據(jù)可以看出，脈沖生長的銦鎵氮的結(jié)晶質(zhì)量明顯好于直接生長，峰位也相對直接生長有藍移，表明組分比直接生長的低，這與XRD的測試結(jié)果相符。

這是由于，脈沖法會減少預(yù)反應(yīng)的發(fā)生。由于InN反應(yīng)在低溫下可以進行，所以在常規(guī)生長中，In原子會有一部分在未到生長面時就已和N原子反應(yīng)生成氮化銦顆粒，這些顆粒會在材料生長中形成大量的缺陷，影響結(jié)晶質(zhì)量［4］。而脈沖法采取了NH3，Ga源和In源分別間斷的通入，減少了預(yù)反應(yīng)，從而提高了結(jié)晶質(zhì)量。

3 結(jié)束語

脈沖生長對于提高In的組分不利，由于間歇的通入，反應(yīng)室中參與反應(yīng)的In含量變得更低，使得組分降低。但是也正由于反應(yīng)室中In濃度的降低，In滴被抑制，而且脈沖生長降低了預(yù)反應(yīng)，對于材料的結(jié)晶質(zhì)量有較好地提升。

［1］ 林碩.InGaN基超高效率太陽能電池理論研究［D］.南寧:廣西大學(xué)，2009.

［2］ 倪金玉.GaN薄膜表面形貌與AlN成核層生長參數(shù)的關(guān)系［J］.固體電子學(xué)研究與進展，2011，31(1):9－12.

［3］ 陳珂.InGaN InN及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料生長與特性研究［D］.西安;西安電子科技大學(xué)，2011.

［4］DUAN Huantao，HAO Yue，ZHANG Jincheng.Effect of a high temperature AlN buffer layer grown by initially alternating supply of ammonia on AlGaN/GaN heterostuctures［J］.Journal of Semiconductors，2009，30(9):1－4.

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［6］ 王明月.GaN光致發(fā)光譜與穿透位錯特性研究［D］.重慶:重慶師范大學(xué)，2009.