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1、第35卷第2期光子学报Vol.35No.22006年2月ACTAPHOTONICASINICAFebruary2006氮化铝薄膜的光学性能1112,3颜国君陈光德邱复生ZhaoyanFan(1西安交通大学理学院应用物理系,西安710049)(2美国西北大学电子与计算机工程系,伊利诺伊60208)(3美国堪萨斯州立大学物理系,堪萨斯66506)摘要分别使用X衍射仪和紫外(190nm~800nm)分光光度仪,测量了用分子束外延法生长在SiC(001)基底面上的AIN薄膜的X衍射、透射谱和不同温度
2、下的吸收谱X衍射表明:实验所用的AIN薄膜在c-轴存在应变和应力,该应变和应力主要是由于AIN的晶格常量与基底SiC的晶格常量不匹配所致.透射谱表明:AIN薄膜的禁带宽度大约为6.2eV;而其对应的吸收谱在6.2eV处存在一个明显的台阶,此台阶被认为是AIN薄膜中的带边自由激子吸收所产生,忽略激子的结合能(与禁带宽度相比),则该值就对应为AIN的禁带宽度.而其对应的不同温度下(10k~293k)的吸收谱的谱线的形状和位置无明显的变化表明:温度对AIN薄膜的禁带宽度亦无明显的影响,这主要是由于在AIN薄膜中存在着应力所致关键词
3、AIN薄膜;透射谱;吸收谱;禁带带宽;自由激子中图分类号O472文献标识码A杯来控制总的离子流量99.9999%的纯铝用努森0引言扩散室进行蒸发铝的沉积速率用一个紧靠近基底AIN具有直接带隙结构,很宽的禁带宽度在的水冷石英晶体监控器进行测量质量流控制器用2先进电子应用方面,AIN是所有技术陶瓷中最令人来调整99.999%的氮气的流量面积为1cm的[1]鼓舞的:它具有高的热导率、大的电阻率、低的介SiC(001)基底的背面涂敷一层碳膜以确保1.54m电常量、高的机械强度和与硅相近的热膨胀系数,所的光学高
4、温计测温准确SiC基底在装入MBE室以被认为是电子器件中理想的基底材料.而其高的之前,必须进行去脂、刻蚀、清洗,然后装入MBE室热稳定性和化学稳定性、宽的直接带隙结构和超快MBE室缓慢抽气后,SiC基底在1075热清洗的声速特性,使它特别适用于紫外频谱区域的光学15min,当反射高能电子衍射的花样为条纹花样时,器件和表面声-波器件中.它与GaN、InN组成的表明基底表面是干净且光滑的然后点燃氮等离子三元系,其禁带宽度从1.9eV到6.2eV之间可调,体,关闭努森室的窗口,打开氮源开始薄膜的生长使其适用于做从黄光到紫外光的
5、发光器件和探测器在生长薄膜时,下列参量维持为常量:氮气流量为[2,3]-3件中,因此对其光学性质的研究成为近年来研0.8sccm,沉积室内的压力为2.66610Pa,ECR究的一个热点目前对AIN在理论上已有一些研微波功率为60W,磁铁电流为17A在此条件下,[4~6]14-2-1究,但是关于其光学性能的实验数据还是不由法拉第杯测量出的氮离子流量为410cms[7~16]多本文分别测量了用分子束外延法(简称最终沉积得到的样品的膜厚为200nmMBE)生长在SiC(001)基底面上的AIN薄膜的X生长在SiC(001)
6、基底面上AIN薄膜的X射线29射线衍射、透射谱和不同温度下的吸收谱,测量结果的衍射图如图1X衍射的靶材为Cu,其X射线的表明:对本实验所用的样品,在样品内存在有较大的内应变,其直接禁带宽度约为6.2eV.而温度对吸收谱线的形状和位置无明显的影响,这是由于实验所用的AIN薄膜中存在的内应变所致1实验及讨论实验中所用的AIN薄膜在一个定制的MBE室内合成,MBE室由一个1500l/sec的低温泵进行泵浦活性氮AsTEXCompactECR供给用法拉第Tel:02982663128Email:yanguojun138@12
7、6.com图1X衍射图收稿日期:20041115Fig.1X-raydiffraction222光子学报35卷波长为0.1542nm由图1可以看出AIN(001)晶子吸收所产生,而AIN薄膜中存在的残余应力引起面衍射峰处的2等于35.98由布喇格方程了激子吸收峰的宽化使吸收曲线呈现不出单一的激2dsin=n子吸收峰而出现凸肩结构(膜中的残余应力可以由把n=1,=17.99,=0.1542nm代入上式可得:d=膜的X-衍射看出)当把200nm处的凸肩结构理0.2496nm,而AIN(001)晶面的晶面间
8、距国际公认解为由带边自由激子吸收所引起时,激子的结合能[8]的d=0.2491nm,由此可得在AIN薄膜的【001】晶一般比较小,这样如果忽略激子的结合能,就可以面上的应变为2,该应变近似为对应的AIN薄膜把200nm理解为AIN的直接间隙带宽,
