激光MBE生長BN和AIN薄膜材料及光電性質研究.pdf

1、包括AlN，BN，GaN和AlGaN在內(nèi)的Ⅲ-Ⅴ族半導體具有較寬的直接帶隙，在紫外光源和探測器方面的有著很好應用前景，同時它們都具有出色的物理化學性能，因而吸引了越來越多的科研工作者的關注。本文基于對L—MBE成膜過程的分析，明確了影響薄膜結晶的主要的參數(shù)；通過優(yōu)化實驗條件，成功制備了h-BN和AlN薄膜。并通過XRD、Raman、FTIR、SEM、EDS、XPS、UV-V-NIR、I-V及電阻率測量等對薄膜結構、形貌、光學及電學性質進

2、行了的表征，研究了襯底溫度、氮氣壓強、激光能量和本底真空等對薄膜光電性質的影響。取得了一些有意義的結果，主要結果如下：
　　 l、對L-MBE的成膜過程進行了細致的分析，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襯底表面的平均動能，從而和襯底溫度等參數(shù)一起決定了薄膜的質量。
　　 2、用L—MBE在不同的襯底溫度、激光脈沖能量和氮氣壓強下制備了BN薄膜，通過FFIR表征，薄膜均為純相的六方結構。薄膜的結

3、晶狀況隨著溫度的升高、激光脈沖能量的增大而變好。Raman表征結果發(fā)現(xiàn)，在700℃、600mJ/pulse、氮氣壓強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晶度，通過XPS的表征結果發(fā)現(xiàn)其N/B比為0．958，接近化學計量比。
　　 3、在本底真空為5×10—6Pa不通入氮氣的條件下，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，AlN薄膜是(0

4、02)擇優(yōu)取向；高于此溫度時，薄膜為多晶。而且襯底的衍射峰只有在溫度超過300℃時才逐步出現(xiàn)。同時通過反射譜和吸收譜發(fā)現(xiàn)，當溫度小于300℃時，薄膜具有金屬性。由此推斷薄膜中含有金屬Al。通過對薄膜電阻率的測量驗證了這一推斷。
　　 4、在250℃，300mJ/pulse，不同的氮氣壓強下制備了AlN薄膜。XRD表征發(fā)現(xiàn)低2×10—4pa下薄膜的結晶最優(yōu)，高于2×10—2pa時薄膜變?yōu)榉蔷?。襯底峰只有在2×10—2pa時出現(xiàn)了。

5、對薄膜的電阻率測量發(fā)現(xiàn)，其電阻率隨著氣壓的上升而增大，這說明氮氣對薄膜的氮損失有一定的補充，但是由于產(chǎn)生了碰撞而是等離子體速度變低，從而導致了薄膜的非晶結構。光學性能的表征也與以上分析相符。
　　 5、在700℃的襯底溫度下，500mJ/pulse，不同的氮氣壓強下制備了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)出非晶結構。SEM表征發(fā)現(xiàn)2×10—2pa時薄膜表面有很多顆粒，對同一區(qū)域進行了EDS測試發(fā)現(xiàn)，顆粒所在位置富鋁但貧氮，結合XRD分析結果認為這些顆粒是金屬鋁顆粒。電阻率的測量發(fā)現(xiàn)，2×10—2pa下沉積的薄膜導電，電阻率約為9×10—1Ω·cm，高于1Pa沉積的薄膜為絕緣體。通過滲流理論簡單解釋了薄膜導電的機理。通過透射譜發(fā)現(xiàn)，Al顆粒的出現(xiàn)影響了薄膜的透光性。然而光學帶隙的計算發(fā)現(xiàn)，并沒有變化，結合XRD