磁控溅射沉积氮化铝薄膜及其光学性能的研究

摘要

本文采用直流反应磁控溅射法分别在P型Si(111)基底和玻璃基底上沉积AlN薄膜。实验采用单参数变化法,分别改变工作气压、基底温度、溅射电流和氮气含量四个工艺参数,研究其对所制备的AlN薄膜的结构和光学性能的影响,为高性能AlN薄膜的制备提供依据。
　　 本论文的研究结果表明:
　　 1)在不同工作气压下沉积的薄膜主要呈现六方AlN(100)和AlN(110)取向,且随工作气压增大,衍射峰强度逐渐减弱；AlN薄膜的沉积速率随工作气压的增加先增大,后减小；在工作气压为0.6Pa时所沉积的AlN薄膜其禁带宽度为5.93eV,接近于本征禁带宽度6.2eV。
　　 2)基底温度对AlN薄膜的取向的影响较为显著。基底温度在400℃附近时,AlN薄膜取向开始由六方的AlN(002)转变为六方AlN(100)、AlN(110)；六个AlN薄膜样品的AFM扫描图表明较高温度有利于形成比较均匀、平整的薄膜；六个样品在200-1000nm波段的平均透射率随基底温度的升高而有所下降；基底温度为480℃时,薄膜光学带隙为5.93eV。
　　 3)溅射电流对AlN薄膜的取向有很大的影响。当电流增加到0.40A时,薄膜中才出现明显的h-AlN(100)和AlN(110)衍射峰；AlN薄膜的沉积速率随溅射电流的增加而增大;随电流增加,薄膜在整个测试波长范围的平均透射率明显下降,薄膜的光学带隙逐渐增大到5.93eV。
　　 4)随氮气含量的增加,AlN薄膜中h-AlN(100)和AlN(110)衍射峰逐渐增强:薄膜沉积速率随氮气含量的增加先增大,后减小；在200-1000nm波段内,氮气浓度大于50％的样品,平均光学透过率都在80％以上,最高可达到95％,而低于37.5％的样品,平均光学透过率只有70％,可见氮气含量是影响薄膜透过率的一个重要因素；薄膜的光学带隙都小于理论值,氮气含量为75％1时,薄膜的光学带隙接近于理论值。