AlN基多元半导体薄膜的生长及其光电性能的研究

来源 :沈阳理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:FalyE981521
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AlN具有最宽的直接带隙,通过能带工程可使其带隙覆盖从紫外到红外的光谱范围,同时也是发光材料的优良基质,可以有效地抑制稀土离子的温度猝灭效应,被广泛应用于各种光电器件中。因此,在本文研究中,采用磁控溅射的方法生长了AlN、AlN:Er和Al1-xInxN薄膜;利用XRD、SEM和AFM表征了薄膜的晶体结构和微观形貌,利用PL光谱仪、紫外-可见分光光度计、Raman光谱仪和半导体参数测试仪测试了薄膜的发光性能、透射率、晶格振动特性和电学性能。主要结论如下:(1)直流磁控溅射生长AlN薄膜:在不同氮气含量(氮氩比)下,制备的AlN薄膜均沿(002)取向择优生长,薄膜表面由尺寸约为20 nm的小颗粒密堆积而成;生长的AlN薄膜在550、589、614、654 nm处均有明显的由于缺陷能级间跃迁以及缺陷能级和价带间跃迁产生的发光峰。(2)射频磁控溅射生长AlN薄膜:随着溅射功率和衬底温度的升高,溅射气压的下降,制备的AlN薄膜的(100)取向逐渐减弱,(002)取向逐渐增强;但是,当衬底温度和溅射功率过高时,AlN薄膜的(100)取向增强,(002)取向减弱,薄膜不再沿(002)取向择优生长;沿不同取向生长的AlN薄膜具有两种特征形貌,即当AlN薄膜沿(100)取向生长时,薄膜表面呈鹅卵石状颗粒堆积形貌;当沿(002)取向生长时,薄膜呈栅栏状颗粒堆积形貌;当(100)和(002)取向共存时,鹅卵石状以及栅栏状的颗粒密度分别随(100)和(002)取向衍射峰的强度的增强而增大。(3)射频磁控溅射生长AlN:Er薄膜:制备的AlN:Er薄膜均沿(002)取向择优生长,在靶基距5 cm条件下制备的AlN:Er薄膜具有较好的结晶度,晶格间距沿c轴方向扩张了0.005 nm;薄膜的表面形貌在大范围内均匀平坦;当靶基距从5cm增大到6 cm时,薄膜表面颗粒分布更加致密。AlN:Er薄膜在480 nm、555 nm和610 nm处均有较强的发光峰,分别来源于Er3+4F7/2能级向基态4I15/2能级的间接跃迁、铝空位(VAl)向价带顶的跃迁和导带底向与氧有关的杂质能级(Io)的跃迁;随着靶基距增大,薄膜在555 nm和610 nm处的发光峰强度减弱。(4)射频磁控溅射生长Al1-xInxN薄膜:通过改变覆盖在Al靶上的In块数量,生长了具有纤锌矿结构Al1-xInxN(0≤x≤0.7)薄膜,Al1-xInxN薄膜表面粗糙度远远小于相同条件下制备的AlN薄膜;PL光谱测试结果表明:Al1-xInxN薄膜的发光峰强度较弱,发光峰波长与样品透射率中的吸收边波长相同,对应的光子能量为1.8-2.9 eV;I-V特性测试表明,随着薄膜的禁带宽度变小,通过样品表面的电流逐渐增大,金属探针与薄膜表面的接触从欧姆接触转变为肖特基接触,接触势垒增大。
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