Al2O3(0001)AlN薄膜的制備及光學(xué)性能研究.pdf

1、Ⅲ-Ⅴ族AlN半導(dǎo)體薄膜以其優(yōu)異的物理和化學(xué)性能在光電子和微電子器件領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。在Al2O3襯底上外延生長AlN薄膜時，AlN與Al2O3之間較大的晶格失配和AlN薄膜的不同表面極性嚴(yán)重影響著其結(jié)晶和表面質(zhì)量。本文采用激光分子束外延法在Al2O3(0001)襯底上沉積AlN薄膜，并通過在高真空條件下預(yù)沉積AlN緩沖層以提高薄膜的質(zhì)量。
　　 本文分析了工藝參數(shù)和預(yù)沉積時間對薄膜質(zhì)量的影響，并討論了晶體結(jié)構(gòu)和外界環(huán)境溫

2、度對薄膜光學(xué)性能的影響，主要研究結(jié)果如下：⑴在高真空氣氛下預(yù)沉積AlN緩沖層可顯著提高AlN薄膜的結(jié)晶和表面質(zhì)量。通過正交對比實(shí)驗(yàn)表明，沉積AlN薄膜的合適的襯底溫度和激光能量分別為750℃和150mJ/p。⑵預(yù)沉積時間為5min和10min時，AlN薄膜呈單一的(0002)擇優(yōu)取向，隨著預(yù)沉積時間的增加，薄膜的結(jié)晶質(zhì)量提高、表面粗糙度下降，且呈Al極性。預(yù)沉積時間為20min時AlN薄膜的結(jié)晶質(zhì)量最好，但薄膜已開始從Al極性轉(zhuǎn)為N極性

3、。在預(yù)沉積時間為30min時，由于沉積氣氛中Al和N原子比的失衡，無法結(jié)晶形成AlN。⑶采用Swanepoe的理論模型，基于薄膜透射光譜的分析表明，隨著預(yù)沉積時間的增加，由于薄膜的軸比c/a值減小，AlN薄膜的禁帶寬度和折射率隨之降低。⑷在77-450K溫度范圍內(nèi)，AlN薄膜的吸收曲線隨著溫度的升高向長波方向移動，即AlN薄膜的禁帶寬度隨著溫度的升高而減小。采用P(a)ssler模型對薄膜禁帶寬度隨溫度的變化擬合后推導(dǎo)出其德拜溫度為10