1 南京信息工程大学 电子与信息工程学院， 江苏 南京 210044
2 南京大学 电子科学与工程学院， 江苏 南京 210093
利用金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）技术，在不同晶面的蓝宝石（Al2O3）衬底上实现了极性（0002）面、半极性（11-22）面和非极性（11-20）面InN薄膜的外延生长，并通过多种表征手段对三个不同极性面InN薄膜的结构和光学特性进行了系统研究。X射线衍射（XRD）曲线展示了（0002）、（11-22）和（11-20）面InN较强的衍射峰，表明InN薄膜具有较高的成膜质量。通过扫描电子显微镜（SEM）表面图发现，极性（0002）面InN的表面形貌较光滑，而半极性和非极性InN表面均存在未完全合并的孔洞。光致发光（PL）光谱展示，不同极性面InN的峰值能量在0.63 eV附近，并从极性、半极性到非极性逐渐红移。此外，可见-红外分光光度计测得的透射谱显示，极性（0002）面InN的吸收边约为0.85 eV，而半极性（11-22）面和非极性（11-20）面InN的吸收边约为0.78 eV，表明极性InN具有更大的斯托克斯位移。
半极性面 非极性面 InN薄膜 外延生长 semipolar nonpolar InN film epitaxial growth
南京大学电子科学与工程学院, 江苏省光电功能材料重点实验室, 南京 210023
本文通过添加InGaN垫层, 利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法在GaN(0001)上外延生长了InN薄膜, 研究了InN薄膜的外延规律及光学性质。研究发现, 相对于GaN表面, 在InGaN垫层上可以获得更高质量的InN。通过在InGaN垫层中采用适当的In组分(在本工作中为In0.23Ga0.77N), 可以完全抑制InN生长过程中铟滴的形成, 获得的InN表面形貌连续平整。采用光学显微镜、高分辨率X射线衍射(HR-XRD)、透射电子显微镜(TEM)、光吸收和室温光致发光等方法研究了InN的晶体结构和光学性质。HR-XRD的ω和ω-2θ扫描显示, InGaN垫层消除了In滴的衍射信号, 并且ω扫描给出了150 nm的InN薄膜的(0002)半峰全宽为0.23°。TEM选区电子衍射发现, InN几乎是无应变的。室温下InN薄膜的光吸收和强光致发光结果表明, 所制备的InN薄膜能带隙约为0.74 eV。本文还初步研究了InN的异常激发依赖性的光致发光行为, 证明了InN材料的表面效应对辐射复合的强烈作用。
外延生长 应变 表面缺陷 光学性质 光致发光 InN InN MOCVD MOCVD epitaxial growth strain surface defect optical property photoluminescence
1 华东师范大学 通信与电子工程学院，上海 200062
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室，上海 200083
3 University of Fukui， Fukui 910-8507， Japan
4 中国科学院纳米器件与应用重点实验室，江苏 苏州 215123
InN是三五族半导体中唯一具有超导性质的材料，在超导体/半导体混合器件领域具有重要的应用价值。运用磁输运的方法，系统性地研究了磁通钉扎对InN超导性质的影响。通过对超导转变过程中的I-V曲线进行标度，发现InN超导中存在涡旋液体态到涡旋玻璃态的相变。在涡旋液体态，用热激活磁通蠕动模型分析了磁通运动的机制，发现InN超导中存在单磁通钉扎到集体钉扎的转变；在涡旋玻璃态，首先对临界电流与温度的关系进行了分析，确定了InN超导中主要的磁通钉扎机制：δL钉扎。然后对临界电流与磁场的关系进行了分析，发现临界电流在磁场下的迅速衰减是集体钉扎所导致的结果。最后，基于Dew-Hughes模型，对钉扎力与磁场强度的依赖关系进行了分析，发现InN中的钉扎中心的主要是点钉扎。该研究为提高InN的临界电流密度奠定基础。
氮化铟 超导 磁通动力学 钉扎机制 临界电流 InN superconductivity flux dynamics flux pinning critical current
西安电子科技大学 微电子学院, 西安 710071
由于InN材料具有各向异性的特性, 其电子迁移率沿c轴(Γ-A方向)和底面(Γ-M方向)不同, 同时, 其负微分电阻率在不同晶向上也不同。利用Farahmand Modified Caughey Thomas(FMCT)迁移率模型描述了InN材料在不同晶向上的电子输运特性, 利用文中提出的参数提取方法分别提取了InN在不同晶向上的FMCT模型参数。为了将InN材料的各向异性特性应用于耿氏(Gunn)二极管的制作, 使用Silvaco-atlas半导体仿真软件对纤锌矿InN n+nn+和n+n-nn+两种结构的耿氏二极管进行数值仿真, 对沿两个晶向上制作的InN耿氏二极管的输出特性进行了比较。结果表明: InN耿氏二极管沿Γ-A方向比沿Γ-M方向获得的频率和转化效率更高。InN材料沿Γ-A方向更适合制作耿氏二极管, 该研究为制作InN耿氏二极管提供了参考。
氮化铟 各向异性 负微分迁移率 耿氏二极管 InN anisotropy negative differential mobility Gunn diode
1 长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
2 海南师范大学 物理与电子工程学院, 海南 海口 571158
由于1.55 μm波段广泛应用于通信领域, 为了探索不同生长温度对InN量子点的形貌影响, 并且实现自组装InN量子点在1.55 μm通信波段的发光, 对InN量子点的液滴外延及物性进行了相关研究。首先利用射频等离子体辅助分子束外延(PA-MBE)技术在GaN模板上, 采用液滴外延方法在3种温度下生长了InN量子点结构。生长过程中靠反射高能电子衍射(RHEED)对样品进行原位监控。原子力显微镜(AFM)表征结果表明随着生长温度升高, 量子点尺寸变大, 密度减小。在生长温度350 ℃和400 ℃下, 观测到了量子点; 当温度高于450 ℃时, 未观测到InN量子点。当生长温度为400 ℃时, 量子点形貌最好, 密度为6×108/cm2,对400 ℃下生长的InN量子点进行了变温PL测试, 成功得到InN量子点在1.55 μm波段附近的光致发光, 并且随着测试温度的升高, 量子点的发光峰位发生了先红移后蓝移最后又红移的S型曲线变化, 这种量子点有望在未来应用于量子通信领域。
氮化铟 量子点 分子束外延 液滴外延 InN quantum dot(QD) molecular beam epitaxy(MBE) droplet epitary(DE)
南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院，南京 210046
提出一种基于重构等效啁啾(REC)技术的1 550 nm波段氮化铟分布反馈(DFB)半导体激光器。在传输矩阵法(TMM)的理论基础上，对该结构激光器的各项光学性能进行仿真分析。结果表明，基于该技术设计的激光器具有良好的光电特性，阈值电流很小，约为6.1 mA，斜效率为0.31 mW/mA；在20 mA的注入电流下得到了1 549.09 nm的单模激射，边模抑制比均超过了39 dB。同时，分析了激光器腔长和有源层厚度对其光电特性的影响，腔长越长，功率越低且烧孔效应越强；随着有源层厚度的增大，阈值电流也随之增高。这一结果可以为氮化铟DFB激光器的设计加工提供一定的参考。
半导体激光器 分布反馈 氮化铟 重构等效啁啾 传输矩阵法 semiconductor laser DFB InN REC TMM
根据RCWT(严格耦合波理论)和等效介质理论, 提出了在可见光波段的基于半导体材料氮化铟的亚波长光栅导模共振滤波器的结构设计和仿真方法, 并探讨了滤波器反射谱对光栅参数的敏感性。在维持滤波器高峰值反射率、低旁带和窄线宽不变的条件下, 利用其对光栅周期的敏感性, 结合仿真提出了利用微机电系统梳齿驱动器改变光栅周期(ΔT为0~99.7 nm)从而线性地控制共振波长输出(调谐范围为23 nm), 实现了半高全宽小于1.15 nm的可调谐反射型导模共振滤波器。
亚波长光栅 导模共振 氮化铟 微机电系统 sub-wavelength grating guide-mode resonance InN MEMS
集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区 吉林大学电子科学与工程学院, 吉林 长春 130012
在Si(111)衬底上分别预沉积0,0.1,0.5,1 nm厚度的In插入层后, 采用等离子辅助分子束外延法制备了纤锌矿结构的InN材料, 结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、吸收谱及光致发光谱研究了不同厚度的In插入层对外延InN晶体质量和光学特性的影响。XRD和SEM的测试结果表明, 在Si衬底上预沉积0.5 nm厚的In插入层有利于改善外延InN材料的形貌, 提高材料的晶体质量。吸收谱和光致发光谱测试表明, 0.5 nm厚In插入层对应的InN样品吸收边蓝移程度最小, 光致发射谱半峰宽最窄, 并且有最高的带边辐射复合发光效率。可见, 引入适当厚度的InN插入层可以改善Si衬底上外延InN材料的晶体质量和光学特性。
分子束外延 In插入层 InN InN Si Si MBE indium interlayer
华南理工大学 材料科学与工程学院, 发光材料与器件国家重点实验室, 广州 510640
通过介绍蓝宝石衬底上生长氮化铟(InN)单晶薄膜的发展历程, 阐述了生长该单晶薄膜的几种方法及生长过程中存在的一些问题和改进措施, 说明了生长高质量InN单晶薄膜的有效途径, 为InN的生长及应用提供了理论与技术指导。
氮化铟 单晶薄膜 溅射技术 InN single crystalline films MOCVD MOCVD RF-MBE RF-MBE sputtering HVPE HVPE
华南理工大学 材料科学与工程学院, 发光材料与器件国家重点实验室, 广州 510640
采用射频等离子体分子束外延(RF-MBE)技术在蓝宝石(Al2O3)衬底上外延生长了InN薄膜, 在生长之前对其进行不同时间的氮化处理。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对薄膜的形貌和结构进行了表征, 发现氮化时间小于60min时获得的InN薄膜的晶体结构为多晶且表面粗糙, 而氮化时间为60min及120min时获得的InN薄膜为单晶结构, 表面粗糙度有所下降。分析表明, 氮化时间对InN薄膜的晶体结构有很重要的影响。
氮化铟 氮化 单晶薄膜 InN nitridation RF-MBE RF-MBE single crystal film
