Influência da temperatura e do tipo de substrato em filmes de GaN depositados por magnetron sputtering reativo

Abstract

Semicondutores de gap largo são materiais de grande interesse devido às suas amplas aplicações tecnológicas. Entre os semicondutores de gap largo se destaca o GaN que apresenta características desejáveis para tais aplicações, como valor de energia de bandgap de 3,4 eV, alta condutividade térmica e alta dureza. As técnicas convencionais para a produção de filmes finos de GaN são a epitaxia por feixe molecular (MBE) e deposição de vapor químico de precursores metalorgânicos (MOVPE), porém tais técnicas possuem um elevado custo. Este trabalho discorre sobre a preparação e caracterização de filmes policristalinos de GaN pela técnica alternativa de RF magnetron sputtering reativo com diferentes temperaturas e tipos de substratos. Analisou-se o efeito da variação destes dois parâmetros sobre estrutura e propriedades ópticas destes filmes. Utilizou-se medidas de difração de raios-X, microscopia de força atômica, transmitância no ultravioleta/visível/infravermelho e espectroscopia de espalhamento Rutherford (RBS). As medidas realizadas reportaram que tanto a temperatura quanto o tipo de substrato influenciaram na textura de orientação, morfologia e propriedades ópticas dos filmes. Medidas de transmitância no infravermelho indicaram a presença de bandas relacionadas à contaminação com higrogênio e oxigênio em filmes depositados em temperaturas de substratos menores que 500ºC. As referidas contaminações são compatíveis com a análise residual da água detectada no sistema de deposições, e não foram observadas em temperaturas maiores de substrato. Os diafratogramas de raios-X revelaram que somente em temperaturas altas (Ts>500ºC) a textura de orientação dos filmes é influenciada pelo substrato utilizado, podendo apresentar indícios de crescimento epitaxial. As medidas...

Wide bandgap semiconductor materials are of great interest due to the broad range of their technological applications. Among the wide bandgap semiconductor GaN stands out due to its desirable characteristics for such aplications as the value of energy bandgap of 3.4 eV, high thermal conductivity and high hardness. Conventional techniques for producing GaN thin films are the molecular beam epitaxy (MBE) and chemical vapor deposition of metalorganinc precursors (MOVPE), nevertheless these are high techniques. This work brings into focus the preparation and characterization of polycrystalline GaN films by the alternative technique of reactive RF magnetron sputtering with different temperatures and substrates. The effects of varying theses two parameters on structured and optical properties of these films were analysed. Therefore, X-ray diffraction, atomic force microscopy, optical transmittance in the ultraviolet/visible/infrared, and Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) were used to characterize the samples. The results show that temperature, substrate type, and substrate orientation influence the texture, morphology and optical properties of the films. The X-ray diffraction patterns revealed that the orientation texture of films is influenced by the substrate used only at high substrate temperature (Ts>500ºC). This evidences a tendency of epitaxial growth. Besides, the atomic force microscopy at temperature above 500ºC showed that the surface morphology is different for amorphous and crystalline substrates. It also became evident that the decrease of deposition rate and bandgap of the films with increasing deposition temperature is possibly due to nitrogen deficiency by the high rate of desorption at these temperatures. In addition, measurements of trasmisttanc in the infrared Fourier Transform indicated the presence... (Complete abstract click electronic access below)