立方AlN薄膜的激光分子束外延生長及其光學性能研究.pdf

1、III-V族半導體立方AlN薄膜以其優(yōu)異性能成為極具潛力的光電子和微電子器件材料。但是,立方AlN的亞穩(wěn)特性使得其外延薄膜的質量較差,而關于其能帶結構、光電性能等基本物理性質的信息就更少。本論文采用激光分子束外延技術,在MgO(100)襯底上制備立方AlN薄膜,對不同工藝參數(shù)下薄膜的晶體結構、表面形貌、界面結構及光學性能進行了系統(tǒng)研究,并采用第一性原理對立方AlN的能帶結構和狀態(tài)密度進行了模擬計算,主要研究結果如下:
　　1.采用

2、激光分子束外延技術,在MgO(100)襯底上制備出了具有單一擇優(yōu)取向的立方巖鹽礦結構AlN薄膜,薄膜和襯底的取向關系為AlN(100)[100]//MgO(100)[100]。在襯底溫度為700℃,脈沖激光能量為125mJ·p-1,氮氣分壓為0.8Pa和退火溫度為700℃時立方AlN薄膜的結晶和表面質量最佳。由于MgO襯底與立方AlN薄膜之間存在晶格失配,薄膜中存在一定的錯配應力。
　　2.立方AlN薄膜與MgO襯底的界面清晰平整

3、,在靠近MgO襯底一側存在一層由晶格失配應變弛豫引起的應變薄層。薄膜與襯底在界面處形成共格界面,但由于錯配應力的作用,在立方AlN薄膜中和界面處存在失配位錯、無序結構等晶格缺陷,且在界面區(qū)域缺陷密度極高。
　　3.立方AlN薄膜在可見光區(qū)域具有較好的透過率,在吸收邊附近吸收曲線出現(xiàn)一個明顯的肩形結構,表明立方巖鹽礦AlN薄膜屬于間接帶隙半導體。基于薄膜的透射光譜,采用BCC法計算得到薄膜在不同工藝參數(shù)下的聲子能量值在0.120~0