INFLUENCE OF THERMAL ANNEALING ON THE STRUCTURE AND OPTICAL PROPERTIES OF THIN ALUMINUM NITRIDE FILMS ON SAPPHIRE

Abstract

Представлены результаты экспериментального исследования влияния термического отжига на структуру, морфологию поверхности и оптические свойства тонких пленок нитрида алюминия на сапфире. Тонкие пленки нитрида алюминия на сапфире толщиной 200 нм отжигались на воздухе и в атмосфере азота при остаточном давлении газов в вакуумной камере установки ионно-лучевого осаждения не менее 100 Па при температуре 850 °C. Установлено, что при термическом отжиге пленок нитрида алюминия на сапфире в атмосфере азота происходит уменьшение среднеквадратичной шероховатости пленок до 0,8 нм, увеличение коэффициента пропускания в диапазоне длин волн 300 -1100 нм вплоть до 96 %, а также повышение стехиометрии пленок. Показано, что для пленок нитрида алюминия на сапфире, отожжённых на воздухе, происходит окисление нитрида алюминия с образованием аморфного оксида алюминия при температуре 850 °C. Результаты энергодисперсионного анализа показали полное отсутствие азота на поверхности этих пленок. Снижение коэффициента пропускания во всем диапазоне длин волн для пленок AlN, отожжённых на воздухе, делает их не пригодными для применения в оптоэлектронике. Морфология поверхности этих пленок представляет собой массив остроконечных образований с максимальной высотой 190,7 нм и среднеарифметической шероховатостью поверхности 3,7 нм. The results of an experimental study of the effect of thermal annealing on the structure, surface morphology and optical properties of thin films of aluminum nitride on sapphire are presented. Thin films of aluminum nitride on sapphire with a thickness of 200 nm were annealed in air and in a nitrogen atmosphere at a residual gas pressure in the vacuum chamber of the ion-beam deposition unit of no less than 100 Pa at a temperature of 850 °C. It was found that thermal annealing of aluminum nitride films on sapphire in a nitrogen atmosphere leads to a decrease in the root mean square roughness of the films to 0,8 nm, an increase in the transmittance in the wavelength range of 300 -1100 nm up to 96 %, and an increase in the stoichiometry of the films. It is shown that for aluminum nitride films annealed in air on sapphire, aluminum nitride is oxidized to form amorphous aluminum oxide at a temperature of 850 °C. The results of energy dispersive analysis showed the complete absence of nitrogen on the surface of these films. A decrease in the transmittance over the entire wavelength range for films AlN annealed in air makes them unsuitable for use in optoelectronics. The surface morphology of these films is an array of pointed formations with a maximum height 190,7 nm and an arithmetic mean surface roughness 3,7 nm.