激光MBE生長(zhǎng)BN和AIN薄膜材料及光電性質(zhì)研究.pdf

1、包括AlN，BN，GaN和AlGaN在內(nèi)的Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體具有較寬的直接帶隙，在紫外光源和探測(cè)器方面的有著很好應(yīng)用前景，同時(shí)它們都具有出色的物理化學(xué)性能，因而吸引了越來(lái)越多的科研工作者的關(guān)注。本文基于對(duì)L—MBE成膜過(guò)程的分析，明確了影響薄膜結(jié)晶的主要的參數(shù)；通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，成功制備了h-BN和AlN薄膜。并通過(guò)XRD、Raman、FTIR、SEM、EDS、XPS、UV-V-NIR、I-V及電阻率測(cè)量等對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)、形貌、光學(xué)及電學(xué)性質(zhì)進(jìn)

2、行了的表征，研究了襯底溫度、氮?dú)鈮簭?qiáng)、激光能量和本底真空等對(duì)薄膜光電性質(zhì)的影響。取得了一些有意義的結(jié)果，主要結(jié)果如下：
　　 l、對(duì)L-MBE的成膜過(guò)程進(jìn)行了細(xì)致的分析，發(fā)現(xiàn)激光的能量密度、脈沖寬度和環(huán)境氣壓共同決定了等離子體到達(dá)襯底表面的平均動(dòng)能，從而和襯底溫度等參數(shù)一起決定了薄膜的質(zhì)量。
　　 2、用L—MBE在不同的襯底溫度、激光脈沖能量和氮?dú)鈮簭?qiáng)下制備了BN薄膜，通過(guò)FFIR表征，薄膜均為純相的六方結(jié)構(gòu)。薄膜的結(jié)

3、晶狀況隨著溫度的升高、激光脈沖能量的增大而變好。Raman表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在700℃、600mJ/pulse、氮?dú)鈮簭?qiáng)2×10—2Pa條件下制備的薄膜有明顯的h—BN特征峰，表明薄膜具有一定的結(jié)晶度，通過(guò)XPS的表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)其N(xiāo)/B比為0．958，接近化學(xué)計(jì)量比。
　　 3、在本底真空為5×10—6Pa不通入氮?dú)獾臈l件下，300mJ/pulse，不同的襯底溫度條件下了制備了AlN薄膜。XRD表征發(fā)現(xiàn)低于600℃時(shí)，AlN薄膜是(0

4、02)擇優(yōu)取向；高于此溫度時(shí)，薄膜為多晶。而且襯底的衍射峰只有在溫度超過(guò)300℃時(shí)才逐步出現(xiàn)。同時(shí)通過(guò)反射譜和吸收譜發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度小于300℃時(shí)，薄膜具有金屬性。由此推斷薄膜中含有金屬Al。通過(guò)對(duì)薄膜電阻率的測(cè)量驗(yàn)證了這一推斷。
　　 4、在250℃，300mJ/pulse，不同的氮?dú)鈮簭?qiáng)下制備了AlN薄膜。XRD表征發(fā)現(xiàn)低2×10—4pa下薄膜的結(jié)晶最優(yōu)，高于2×10—2pa時(shí)薄膜變?yōu)榉蔷АＲr底峰只有在2×10—2pa時(shí)出現(xiàn)了。

5、對(duì)薄膜的電阻率測(cè)量發(fā)現(xiàn)，其電阻率隨著氣壓的上升而增大，這說(shuō)明氮?dú)鈱?duì)薄膜的氮損失有一定的補(bǔ)充，但是由于產(chǎn)生了碰撞而是等離子體速度變低，從而導(dǎo)致了薄膜的非晶結(jié)構(gòu)。光學(xué)性能的表征也與以上分析相符。
　　 5、在700℃的襯底溫度下，500mJ/pulse，不同的氮?dú)鈮簭?qiáng)下制備了AlN薄膜。XRD表征發(fā)現(xiàn)在2×10—2pa下沉積的薄膜結(jié)晶良好，為(002)擇優(yōu)取向，但發(fā)現(xiàn)有Al的峰出現(xiàn)；1Pa下沉積的薄膜結(jié)晶最優(yōu)，有很好的(002)取向

6、度；10Pa下沉積的薄膜呈現(xiàn)出非晶結(jié)構(gòu)。SEM表征發(fā)現(xiàn)2×10—2pa時(shí)薄膜表面有很多顆粒，對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行了EDS測(cè)試發(fā)現(xiàn)，顆粒所在位置富鋁但貧氮，結(jié)合XRD分析結(jié)果認(rèn)為這些顆粒是金屬鋁顆粒。電阻率的測(cè)量發(fā)現(xiàn)，2×10—2pa下沉積的薄膜導(dǎo)電，電阻率約為9×10—1Ω·cm，高于1Pa沉積的薄膜為絕緣體。通過(guò)滲流理論簡(jiǎn)單解釋了薄膜導(dǎo)電的機(jī)理。通過(guò)透射譜發(fā)現(xiàn)，Al顆粒的出現(xiàn)影響了薄膜的透光性。然而光學(xué)帶隙的計(jì)算發(fā)現(xiàn)，并沒(méi)有變化，結(jié)合XRD