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本文報道了利用等離子源體分子束外延(PSMBE)對6H-SiC（0001）襯底上生長的AlN薄膜晶體質(zhì)量的影響，我們了解了AlN在不同溫度下在PSMBE系統(tǒng)中的生長機制。
AlN薄膜的沉積是利用我們實驗室開發(fā)的一種獨特的技術，即等離子體源分子束外延(PSMBE)來完成的，一種高純氬氣和氮氣的混合物被供應到中空陰極，其中形成了由高能鋁、氬氣和氮氣組成的等離子體，能量在1eV左右的+和N的+離子留下空心陰極源，由于施加在襯底上的負偏差，進一步加速了這個通量。
AlN薄膜在440℃、500℃、560℃、640℃和800℃下生長，襯底偏置電壓為-15eV，這是我們的PSMBE系統(tǒng)的最佳電壓，通過壓電厚度監(jiān)測器測量，所有薄膜的厚度都約為2000a。用反射高能電子衍射(RHEED)和原子力顯微鏡(AFM)、x射線衍射(XRD)和光學反射率對薄膜進行了原位表征，AFM表征是使用數(shù)字儀器納米鏡III與標準氮化硅針尖進行的，在scintagX1θ-θ衍射儀中對薄膜進行了XRD表征，樣品被支撐在一個零背景的石英板上，
對于電測量，Pt電極沉積在磁磁控濺射系統(tǒng)中，在500℃生長的樣品上，毯子電極沉積在碳化硅襯底的底表面，直徑為1毫米的頂部圓形接觸通過硬掩模沉積在薄膜表面，使用HP4192ALF阻抗分析儀在1MHz頻率下進行C-V表征。I-V測量是在帶有直流電壓源的HP4140B皮安表上進行的，一個加熱的卡盤被用來達到高達300攝氏度的溫度。
AFM顯示在襯底表面有一些劃痕，經(jīng)AFM測定，較深層的劃痕深度約為2nm，在850℃下持續(xù)1小時的脫氣過程后，對6H-SiC底物的RHEED研究給出了條紋圖案，這表明有梯田和臺階的表面相對光滑。在640℃沉積的薄膜的RHEED圖案由圓點組成，表明表面粗糙，是由于表面粗糙的傳遞，而不是表面反射
圖1
圖1顯示了在500℃、640℃和800℃下生長的薄膜的AFM圖像和RHEED模式,在640℃下生長的薄膜在所有薄膜中具有最大的粗糙度和最大的基底特征,在低于640℃的溫度下生長的薄膜具有與500℃的薄膜具有非常相似的小表面特征,沉積在800℃下的薄膜表現(xiàn)出異常的形狀特征,從表面分析中可以得出結論，在640℃左右，生長機制發(fā)生了變化。
關于碳化硅峰值的搖擺掃描表明襯底不是單晶，通常包含約4度的擴散。在晶片的另一塊碎片的6H-SiC峰附近的搖擺曲線，說明了一個錯誤的切割，大于指定的一個，以及較寬的方向擴展。除了在搖擺掃描中看到的強晶體峰外，碳化硅的相當一部分強度是擴散的，由于這種彌漫性的“光暈”，我們無法最終確定我們是否觀察到了AlN峰。
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圖3
圖3顯示了在180~800nm波長間隔內(nèi)的所有5種薄膜的光反射率測量值,所有的反射率曲線都有一個較大的峰,在209-230nm的時間間隔內(nèi)，這取決于生長溫度,在低于640℃溫度下生長的薄膜在209-216nm范圍內(nèi)的峰值反射率為37-40%，在較低波長的反射率下降，可能是由于AlN帶隙的吸收。在高質(zhì)量的AlN中，吸收應發(fā)生在200nm左右，對應于能量為6.2eV,在較低溫度下生長的薄膜的吸收由于生長的緊張而轉移到較低的波長,在生長640℃或更高的溫度下，觀察到吸收向200nm移動，據(jù)我們所知，這是由于生長模式的變化導致薄膜中的應變弛豫,這一結論與上面所討論的表面分析數(shù)據(jù)相一致。
我們認為，其他樣品的接觸短路是由于在光學顯微鏡下可見的襯底表面的小晶體引起的,這是基底表面質(zhì)量對器件結構性能的關鍵影響的一個例子,在室溫和300℃下均觀察到一個較小的磁滯回線，這表明了捕獲中心的存在,C-V曲線的另一個特征是在室溫和300℃時存在一個肩,然而，在300℃時，這個肩向較低的電壓移動。
最后系統(tǒng)地研究了沉積溫度對AlN結晶質(zhì)量的影響，RHEED和AFM的表面分析表明，在640℃左右，生長模式由偽形變?yōu)槿S，高于640攝氏度的溫度往往會使薄膜更光滑，由于碳化硅峰的高擴散強度，XRD掃描不能最終確定在2θ=36o處的高強度是由于AlN峰，光反射率測量顯示，隨著薄膜沉積溫度的增加，吸收向200nm移動，在500℃沉積的薄膜的電測量表明，Pt/AlN接觸為肖特基，C-V測量結果顯示，在室溫和300℃下都有一個較小的磁滯回線，在300℃下的C-V曲線向較低的負電壓移動。