書籍：《炬豐科技-半導體工藝》

文章：三元氮化物半導體的異質結

編號：JFKJ-21-084

作者：炬豐科技

摘要

透過分子束外延 （MBE） 和等離子體輔助活性氮自由基源生長的鋅基氮化物 CaZn2N2 薄膜是下一代發光二極體和太陽能電池半導體的有希望的候選者。這種氮化物化合物以前僅透過超高壓合成以塊狀形式合成。已發現三個關鍵因素可以促進異質外延薄膜的生長：（i） 精確調整 Ca 和 Zn 的單獨通量率，（ii） 在藍寶石 c 面上使用 GaN 模板層作為襯底，（iii） 應用具有活性 N 自由基源。由於物理氣相沉積和熱退火工藝的其他嘗試沒有產生任何相的 CaZn2N2 薄膜，這種等離子體輔助 MBE 技術代表了一種穩定 CaZn2N2 外延薄膜的有前途的方法。估計的光學帶隙為 ~1。9 eV，這與從大塊樣品中獲得的值一致。透過無意的載流子摻雜，數量級的低載流子密度實現了 n 型和 p 型電子傳導。與鋅基氧化物半導體相比，這些特徵表現出明顯的優勢，無論其有意未摻雜的狀態如何，通常都具有更高的載流子密度。室溫下電子的載流子遷移率為 4。3 cm2/（V·s），空穴載流子為 0。3 cm2/（V·s），這表明傳輸特性受到晶界散射的限制，主要是因為低溫生長在 250 °C 時，實現了高氮化學勢。透過無意的載流子摻雜，數量級的低載流子密度實現了 n 型和 p 型電子傳導。與鋅基氧化物半導體相比，這些特徵表現出明顯的優勢，無論其有意未摻雜的狀態如何，通常都具有更高的載流子密度。室溫下電子的載流子遷移率為 4。3 cm2/（V·s），空穴載流子為 0。3 cm2/（V·s），這表明傳輸性質受到晶界散射的限制，主要是因為低溫生長在 250 °C 時，實現了高氮化學勢。透過無意的載流子摻雜，數量級的低載流子密度實現了 n 型和 p 型電子傳導。

關鍵詞；無機化學、材料科學、物理特性、半導體、合成、紫外-可見光譜、X 射線晶體學、氮化物、薄膜生長、分子束外延

介紹

需要僅由地球上豐富的元素組成的新型功能材料來實現可持續和環保的裝置。特別是，能量儲存、能量轉換和光發射是關鍵的所需功能，以基於半導體器件的發光二極體、鐳射二極體和太陽能電池為代表。目前，發光二極體和鐳射二極體由 III-V 族氮化物、磷化物和砷化物半導體制成，例如 （Al， Ga， In）N 和 （Al， Ga， In）（P， As）。然而，儘管技術進步很快，基於 III-V 族化合物的發光半導體仍面臨著一個嚴重的問題， 這種效應的產生主要是因為 In 基 III-V 族化合物和單晶襯底之間的面內晶格失配以及 In 基 III-V 族氮化物的熱不穩定性。因此，對於在光亮度、量子效率和顏色準確度（即發射頻寬）方面需要高效能的下一代光電器件，還沒有實現高效的綠色發光半導體材料。值得注意的是，器件基於提供高效太陽能電池的材料。然而，In等稀有元素和As和Se等有毒元素是上述功能實用光電器件中使用的主要元素。這些半導體所需的光學帶隙在 2。5-1。8 eV 的範圍內……

實驗步驟

  略

結論

      略