利用Kelvin探针力显微镜研究纳米尺度下n-AlGaNGaN薄膜的表面电荷性质.pdfVIP

Vol-32 高等学校化学学报 No．1 CHEMICAL0FCHINESEUNⅣERSTTH￡S 139—142 2011年1月 JOURNAL 利用Kelvin探针力显微镜研究纳米 尺度下n．AlGaN／GaN薄膜的 表面电荷性质 王凌凌，杨文胜，王德军，谢腾峰 (吉林大学化学学院，长春130012) 定量测量．结果表明，n．AlGaN／GaN薄膜的表面位错均为电活性的受主型表面态，所捕获电荷的区域远远大 于表面位错的大小，其表面电势与GaN薄膜表面电势的最大差值达到590mV．在光照下，n-AJGaN／caN薄 膜的表面电荷发生了明显的光生电荷重新分布现象． 关键词AlGaN／GaN异质结；表面电势；Kelvin探针力显微镜；光生电荷转移 中图分类号0649．2；0614文献标识码A 文章编号025l们90(2011)0l旬139JD4 功能材料的表面电荷在纳米尺度下的分布极不均匀，因而测量功能材料微纳米尺度下的表面电荷 纳米尺度下表面电荷性质的有力工具．利用KFM可以得到横向纳米级分辨(甚至原子级分辨)、纵向 毫伏级分辨的表面电荷分布信息，甚至可以研究在电场或光的作用下表面电荷的动态性质旧。1．但是， 目前绝大多数的KFM测量都在空气环境中进行，由于材料表面通常存在表面吸附质(如表面吸附水或 附着物)和表面氧化膜等，使得表面电荷的测量分辨率较低，无法进行定量测量旧1．为了准确测量功能 材料的表面电荷性质必须消除表面吸附物的影响，因此KFM测量要在真空条件下进行，并需要进行适 当的表面处理j．n—AlGaN／GaN异质薄膜是构筑微波功率晶体管和蓝光二极管的优良材料，由于其生 长过程中所产生的位错和缺陷等严重影响器件的性能【8’9J，因此，准确测量其表面位错和缺陷所对应 的表面态电荷性质是优化薄膜材料生长条件、理解GaN基异质薄膜器件失效机制的基础．本文利用真 供了依据． 1 实验部分 1．1试剂与仪器 nm，掺杂浓度为4×108 n．AlGaN／GaN薄膜(日本NTT公司)结构为GaN(5咖)／n—A1GaN(10 42lO)购 cm．3)／GaN(3¨m)／灿N(40nm)；70％浓磷酸购于日本sAMuCO公司．KFM测试系统(JsPM 于日本电子株式会社；75W氙灯和光导纤维均购于日本sAMucO公司． 1．2实验过程 1．2．1 1．2．2KFM测量表面电势分布采用JSPM Pa． 探针(本征振动频率．厂=315kHz，弹性常数c=27N／m)，真空度为lOq 收稿日期：20lO埘貌． 联系人简介：谢腾峰，男，博士，教授，主要从事光电功能材料的研究．E—mail：xied孕jlu．edu．cn 高等学校化学学报 V01．32 1．2．3光诱导KFM测量通过光导纤维将混合光的光斑聚焦在KFM探针悬臂的下方，光斑面积大 约为0．8mm2，光源为75W氙灯． 2结果与讨论 地观察到GaN薄膜在生长过程中由于品格常数和热膨胀系数等差异所产生的表面位错(图中的小洞大 小为30～80nm)，但是在表面电势图[图l(B)]中并未观察到与之相对应的清晰表面电荷分布图像， 这主要是由于在空气中样品表面吸附有一定量的表面吸附质，影响了表面电势的测量(特别是表面吸 附水对表面电势的测量有相当大的屏蔽作用，同时对KFM针尖也有黏滞作用，大大降低了测量的灵敏 度和准确率)一J．为了消除表面吸附水的影响，将n—AlGaN／GaN薄膜在60℃烘箱中处理lh再进行 的表面位错处聚集了大量的负电荷，即n-AlGaN／GaN薄膜表面位错为电活性的受主型表面态．根据理