MOVPE growth of indium nitride

Abstract

Työssä valmistettiin Teknillisen korkeakoulun Optoelektroniikan laboratoriossa MOVPE-menetelmällä InN -puolijohdekerroksia safiiri (0001) -alustakiteille eri valmistusparametreilla. Tutkimuksen kohteena oli kasvulämpötilan, V/III-suhteen sekä erilaisten kasvuprosessien vaikutus kerrosten kiderakenteeseen ja optisiin ominaisuuksiin. Näytteiden pinnan morfologiaa tutkittiin atomivoimamikroskopialla, kiderakennetta röntgendiffraktiolla ja optisia ominaisuuksia fotoluminesenssimittauksin.

Mittauksissa havaittiin reaktiivisen indiumin määrän rajoittavan indiumnitridin kasvunopeutta V/III-suhteen välillä 2,95 x 10⁴ - 7,73 x 10³. InN-kerrosten kidelaatu oli heikko, ja kerrokset koostuivat erillään kasvaneista saarekkeista. Saarekkeiden koon ja pinnan epätasaisuuden havaittiin kasvavan kasvulämpötilaa nostettaessa välillä 550 °C - 650 °C. Näytteet luminoivat energialla 0,75 - 0,78 eV. Luminesenssipiikin maksimin havaittiin siirtyvän pinnemmalle energialle ja sen puoliarvoleveyden pienenevän kasvulämpötilaa nostettaessa. Heksagonaalisen InN:n lisäksi näytteissä havaittiin metallista indiumia, jonka osuus lisääntyi kasvulämpötilaa nostettaessa.

Kaksivaiheisilla kasvuprosesseilla saavutettiin parempi kerrosten pinnan morfologia ja kidelaatu kuin suoraan alustakiteen päälle valmistetuilla kerroksilla. Ydintymiskerroksen lämpökäsittelyn 650 °C:ssa havaittiin nostavan metallisen indiumin osuutta ja lisäävän pinnan epätasaisuutta. Paras kidelaatu saavutettiin valmistamalla InN-kerros lämpökäsittelemättömän puskurikerroksen päälle sekä prosessilla, jossa lämpötilaa ja V/III-suhdetta muutettiin kasvun aikana.