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深紫外氮化物材料的光学性质研究

林书玉  
【摘要】:高Al组分铝镓氮(AlGaN),AlN材料,具有超宽禁带、耐高温、抗辐射等特点,是制备紫外LED、LD、紫外探测器以及高功率器件的优选材料。但目前高质量高A1组分AlGaN、AlN材料制备困难,不同生长方法和生长条件下制备的材料性质特性具有较大差异,器件应用前需进行质量和性质分析。针对AlN及高Al组分AlGaN薄膜的光学性质,本论文采用椭圆偏振光谱、拉曼散射光谱、透射光谱等表征手段,研究了系列AlN及不同高A1组分AlGaN薄膜的能带、光学常数等光学性质,应力,以及变温性质,为高质量薄膜材料的生长和高性能器件制备提供有价值的参考。本论文的主要研究工作有:(1)采用椭圆偏振光谱,研究了系列不同厚度AlN薄膜、不同Al组分AlGaN薄膜的光学常数和变温性质。通过Tanguy和Tauch-Lorentz等色散模型对椭圆偏振数据进行拟合分析,得到了宽波段范围(193nm-1650nm),AlN及AlGaN的光学常数。分析了不同厚度的AlN薄膜及不同Al组分的AlGaN薄膜的光学常数特点。AlN薄膜厚度越薄,不同温度下的带隙变化量越小。对于Al组分越小的AlGaN样品,不同温度下折射率变化越大,且光学带隙的变化量也越大。(2)采用变温拉曼光谱,通过拉曼空间相关模型研究了不同厚度及不同温度下的AlN薄膜的应力。研究表明,AlN薄膜在生长过程中,随着薄膜厚度的增加薄膜的质量在也在逐渐提高。随着温度升高,声子的振动增大,AlN拉曼散射的高E2振动模的频移及半峰宽越大,由于衬底与薄膜材料的膨胀系数不同,引起晶格失配率增大,相关长度变小,导致薄膜的残余应力增大。且相比于高温,低温对AlN薄膜的影响较小。(3)通过透射光谱,研究了不同AlN薄膜厚度及不同Al组分AlGaN的吸收特性。分析了吸收边和薄膜透过率随温度变化的规律,研究得到,温度越高,薄膜的透射率越低,带隙随温度升高而变窄,吸收边发生红移。


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