Effects of nitrogen flux and RF sputtering power on the preparation of crystalline a-plane AlN films on r-plane sapphire substrates

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作者
Tingsong Cai,Yanan Guo,Zhibin Liu,Ruijie Zhang,Bin Xue,Chong Wang,Naixin Liu,Xiaoyan Yi,Jinmin Li,Junxi Wang,Jianchang Yan
出处
期刊:Semiconductor Science and Technology [IOP Publishing]
卷期号:37 (12): 125013-125013 被引量:2
标识
DOI:10.1088/1361-6641/ac9f62
摘要

Abstract A -plane aluminum nitride (AlN) with high quality is crucial to fabricate high-performance non-polar deep-ultraviolet optoelectronic devices. In this work, we prepared crystalline a -plane AlN films on r -plane sapphire substrates by combining reactive magnetron sputtering and high temperature annealing (HTA). The effects of N 2 flux and radio frequency (RF) sputtering power on the crystal quality, the surface morphology and the in-plane stress state of a -plane AlN films were comprehensively investigated. The results suggest that the properties of high temperature annealed a -plane AlN (HTA-AlN) films positively depend on the initial states of the sputtered AlN (SP-AlN) films. Increasing the N 2 flux or the RF sputtering power can improve the crystalline quality of SP-AlN films by reducing the kinetic energy of deposited particles, which facilitates a -plane AlN deposition. A higher N 2 flux smoothens the surface morphology due to the relieved bombardment effect, which is confirmed by the enlarged in-plane tensile stress state. However, a higher sputtering power leads to a rougher surface because of the accelerated deposition rate. With optimized sputtering parameters, a high-quality a -plane HTA-AlN template was obtained with full width at half maximum values of (11–20) plane x-ray rocking curves as low as 1188 and 1224 arcsec along [0001] and [1–100] directions, respectively. The surface presents an ordered stripe-like morphology with a root-mean-square value of 0.79 nm. Our work provides a convenient and effective strategy to prepare high quality a -plane AlN templates and accelerate the versatile application of non-polar deep-ultraviolet light-emitting diode devices.
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