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科技前沿 | Research Review

仔细观察厚的 AlInN 薄膜

一系列的特性分析方法表明 ：虽然氮化铝铟 (AlInN) 薄膜具有一些极佳的属性，但是
表面凹坑会使其让人失望。

为 了生产晶格匹配的 GaN 基激光器，覆层材料必需从传 凹坑 凹坑 凹坑
统选择（AlGaN）转变为 AlInN 合金。
遗憾的是，对于厚度与覆层相当的 AlInN 层的特性，人
们知之甚少——但是来自日本的研究人员正在弥补这一缺
憾，采取的方法是在蓝宝石上制作此类结构，然后使用一系
列方法对它们进行仔细观察，包括 x 射线衍射、横断面透射
电子显微镜和光谱椭偏仪。
在名古屋理工大学和名城大学近期的这次合作之前，对
于厚度大于 100 nm 的 AlInN 薄膜的报道非常少，而对于那
些较厚的薄膜则尚未提供细节。
为了研究厚的 AlInN 薄膜，这支来自日本的团队采
用了一块 2 英寸的蓝宝石基 GaN 模板，将其装入一个
MOCVD 反应室，并沉积厚度为 40 nm、90 nm 和 300 nm 的
Al 0.17 In 0.83 N 层，采用的是传统的前驱体，基座温度为 830℃，
压力为 13.3 kPa。
AlInN 薄膜以 0.6 μm/ 小时的速度沉积，这明显比用于
GaN 的生长速率低。通信作者 Makoto Miyoshi 解释说 ：“不
过，考虑到传统 AlInN 生长，这种生长速率未必是缓慢的。”
x 射线衍射扫描产生一个很强的尖峰（对于 AlInN）和
沿着两个不同晶体方向获得的横断面、暗场透射电子显微镜图像显示：薄膜表面
周期性的小尖峰。综合起来，这表明 AlIN 是一种单相晶体，
上的凹坑源于底层 GaN 中的穿透性位错。
很有可能与 GaN 形成一个突变界面。x 射线光谱与某个对应
的仿真具有很高的关联度，这就确认了 AlInN 合金的厚度和 然而，该研究团队认为 ：这些 AlInN 薄膜对于制作激光
成分。 器并不够好。Moiyoshi 说 ：“我们必需减少表面凹坑”，他补
为了确定晶体质量，研究人员转向 X 射线摇摆曲线、 充说薄膜的厚度将必须增加至 500 nm 左右。
原子力显微镜和横截面、暗场透射电子显微镜（沿着两个不 Miyoshi 和同事们已转向使用椭圆偏振光谱测量来确定
同的晶体方向）。这些方法的运用结果显示 AlInN 薄膜具有： 薄膜的厚度，还有它的光学常数和带隙。这种方法显示 ：
在很大程度上依存于底层 GaN 的镶嵌度 ；包含平坦区域和 AlInN 薄膜的带隙数值为 4.02 eV。
凹坑的表面，凹坑的尺寸随着薄膜厚度的增加而增大；而且， 该研究团队计划对 AlInN 薄膜进行更多的实验。它们开
这些由于底层 GaN 中的穿透性位错而产生的凹坑是“纯刀 展的工作将包括 ：了解 AlInN 生长的机理、生长穿透性位错
刃” 型位错和“刀刃 / 螺旋”混合型位错。 较少的独立式 GaN 衬底、生长 500 nm 厚的 AlInN 薄膜、以
300 mm 厚 AlInN 薄膜表面的均方根粗糙度为 1.82 nm。 及控制 AlInN 薄膜的杂质掺杂和导电性。
据 Miyoshi 和他的同事们称，这个数值虽然不如原子级平坦
表面的那么小，但考虑到凹坑的影响，它仍然是“相当不 参考文献
错的”。 M. Miyoshi et al. Appl. Phys. Express 11 051001(2018)

www.compoundsemiconductorchina.net 化合物半导体 2019年第1期 29