半导体科学技术的进步影响着信息科技的发展,推动着人类文明的前进。人类文明的发展会带来新的需求,促进新产业的出现,这就对创新型材料提出了更高要求,半导体材料的发展与进步正是在这一大背景下演化而来。Ⅲ-Ⅴ族半导体是近些年人们研究的热点,最开始得到广泛研究的是Ga N材料,且最先应用于蓝光LED中,给人类照明技术带来革命性的突破。对于InN材料,由于其解离温度比较低,高于600℃就会分解,并且缺乏合适的衬底,使得高质量的InN材料制备比较困难。InN很长一段时间被认为是宽带隙半导体材料,但是随着外延技术的进步人们发现它的带隙值仅为0.7e V。InN具有最高的迁移速度和最小的有效质量,使得它在高频高速电子元器件和新型太阳能电池等方面具有很大的应用前景。针对高质量InN薄膜制备的难点,本文开展蓝宝石衬底上InN薄膜优化生长的研究。本论文使用射频等离子体辅助分子束外延设备,研究了不同衬底以及蓝宝石氮化处理工艺中等离子体源功率、氮气流量对外延InN缓冲层薄膜特性的影响和氮气流量对采用两步法外延InN材料形貌及晶体质量的影响。衬底在进行前期的超声清洗操作后,去除了表面杂质,然后在600℃高温下退火30分钟。首先研究了蓝宝石氮化处理工艺中氮化时氮化功率对外延InN缓冲层薄膜的影响,结果表明,plasm功率为400W时样品表面更加平整,成膜特性更好。然后研究了氮化时的氮气流量对外延InN缓冲层薄膜的影响。测试结果表明,氮气流量不足可能导致氮化效果不好,蓝宝石表面生成的Al N薄膜不够完全,以至于后续生长InN层时晶格失配比较大,晶体质量较差。接着采用两步外延法,在高温退火和衬底氮化处理的基础上,先生长一层薄的InN缓冲层,然后在此缓冲层薄膜上继续生长高质量的InN薄膜。在外延生长过程中,研究了不同氮气流量对外延InN薄膜特性的影响。研究结果表明,氮气流量分别为1.5 sccm、2 sccm、2.5 sccm和3sccm这四种条件下,InN都是沿着c轴单一取向生长的。但是氮气流量低于2.5sccm时由于活性N原子不足导致生长得不均一,无法成膜;氮气流量过大时会增加In原子到达衬底前的散射,导致样品位错密度增大,晶粒尺寸变小,晶体质量变差。在氮气流量为2.5sccm时ω扫描半峰宽最窄,晶体质量最佳。