Filters








1 Hit in 0.24 sec

Pulsed laser deposition of aluminum nitride thin films onto sapphire substrates

O.V. Devitsky, D.A. Nikulin, I.A. Sysoev
2020 Naučno-tehničeskij Vestnik Informacionnyh Tehnologij, Mehaniki i Optiki  
a Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук, Ростов-на-Дону, 344006, Российская Федерация b Северо-Кавказский федеральный университет, Ставрополь, 355017, Российская Федерация Адрес для переписки: v2517@rambler.ru Информация о статье Поступила в редакцию 05.02.20, принята к печати 01.03.20 Язык статьи -русский Ссылка для цитирования: Девицкий О.В., Никулин Д.А., Сысоев И.А. Импульсное лазерное напыление тонких пленок нитрида алюминия на сапфировые подложки
more » ... сапфировые подложки // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. Аннотация Предмет исследования. Представлены результаты экспериментального исследования морфологии поверхности, структурных и оптических свойств тонких пленок AlN на сапфире, полученных методом импульсного лазерного напыления. Метод. Получение пленок AlN осуществлялось с применением комбинированной установки ионно-лучевого и импульсного лазерного распыления вращающейся алюминиевой мишени твердотельным лазером AYG:Nd 3+ с длиной волны 532 нм в атмосфере азота при давлении 3 и 4 Па. Плотность энергии лазерного импульса составляла 4 Дж/см 2 при длительности импульса 15 нс и частоте повторения импульсов 15 Гц, расстояние от поверхности мишени до сапфировой подложки -50 мм, температура подложки -600 °C. Основные результаты. Методами сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа установлено, что пленки AlN, полученные при давлении азота в вакуумной камере 4 Па, имеют состав более близкий к стехиометрическому, чем пленки AlN, полученные при давлении азота в вакуумной камере 3 Па. Методом оптической спектроскопии исследованы спектры пропускания исследуемых образцов. Определено, что максимальные значения коэффициента светопропускания пленок AlN, полученных при давлении азота в вакуумной камере 3 и 4 Па (95,12 % и 97,65 % соответственно) находятся в диапазоне длин волн 400-410 нм. Величина коэффициентов светопропускания в исследованном диапазоне длин волн 300-1100 мкм составляет не менее 87 %, что характеризует полученные образцы пленки как оптически прозрачные. Практическая значимость. Исследованные тонкие пленки AlN можно использовать в качестве буферного слоя в оптоэлектронных устройствах, в том числе при создании светодиодов на основе GaN и Al x Ga 1-x N коротковолнового видимого свечения и приборов белого свечения. Ключевые слова импульсное лазерное напыление, тонкие пленки, AlN, сапфир, оптические свойства Благодарности Публикация подготовлена в рамках реализации государственного задания «Разработка и создание полупроводниковых гетероинтерфейсов на основе многокомпонентных материалов для устройств СВЧ-электроники и фотоники» на 2020 г. (номер государственной регистрации АААА-А19-119040390081-2). Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 178 2020, том 20, № 2 For citation: Devitsky O.V., Nikulin D.A., Sysoev I.A. Pulsed laser deposition of aluminum nitride thin films onto sapphire substrates. Abstract Subject of Research. The paper presents experimental study results of surface morphology and structural and optical properties of sapphire AlN films obtained by pulsed laser spraying. Method. Thin AlN films on sapphire were used as experimental samples. The preparation of AlN films was carried out using a combined installation of ion-beam and pulsed laser radiation. The deposition process was performed by sputtering a rotating aluminum target with 532 nm wavelength AYG: Nd 3+ laser in the atmosphere of very pure nitrogen at the pressure of 3 and 4 Pa. The energy density of the laser pulse was 4 J/cm 2 with a pulse duration of 15 ns and a pulse repetition rate of 15 Hz. The distance from the target surface to the sapphire substrate was 50 mm; the substrate temperature was 600 °C. Main Results. Using scanning electron microscopy and energy dispersive analysis, it was found that AlN films obtained at the nitrogen pressure in a vacuum chamber of 4 Pa have a composition more related to stoichiometric than AlN films obtained at the nitrogen pressure in a vacuum chamber of 3 Pa. The optical spectroscopy was used to study the transmission spectra of the samples under research. It was determined that the maximum transmission coefficient values of AlN films obtained at the nitrogen pressure in the vacuum chamber of 3 Pa (95.12 %) and 4 Pa (97.65 %) are within the wavelength range of 400-410 nm. The transmittance in the studied wavelength range of 300-1100 μm is at least 87 %, which characterizes the obtained film samples as optically transparent. Practical Relevance. The studied thin AlN films can be used as a buffer layer in optoelectronic devices, including the case of creating light-emitting diodes based on GaN and Al x Ga 1-x N of short-wave visible light and white-emitting devices.
doi:10.17586/2226-1494-2020-20-2-177-184 fatcat:h5p4kwq6ofd5hgslnbtklit76e