Characterization of ALN thin films deposited by DC reactive magnetron sputtering

M. García–Méndezª, S. Morales–Rodríguez^b, R. Machorro^c and W. De La Cruz^c

ª Laboratorio de Nanociencias y Nanotecnología, Facultad de Ciencias Físico–Matemáticas de la UANL, División de Posgrado, Manuel L. Barragán S/N, Edif. de Posgrado, Ciudad Universitaria, San Nicolás de los Garza, N.L. 66450, México, e–mail: mgarcia@fcfm.uanl.mx

^b Programa de Posgrado en Ingeniería Física Industrial, FCFM–UANL, División de Posgrado, Manuel L. Barragán S/N, Edif. de Posgrado, Ciudad Universitaria, San Nicolás de los Garza, N.L. 66450, México.

^c Centro de Ciencias de la Materia Condensada de la Universidad Nacional Autónoma de México, Km. 107, Carretera Tijuana–Ensenada, Ensenada, B.C. 22860, México

Abstract

A set of AlN thin–films was prepared by reactive magnetron sputtering at room temperature. The purpose of this work was to study the effect of oxygen impurities on the structural and optical properties of AlN films. The structural and optical properties of the resulting films were characterized using X–ray diffraction (XRD) and spectroscopic ellipsometry, respectively. Depending on the deposition conditions, films can be hexagonal (wurtzite, P6₃3m3) or cubic (zinc blende, Fm3m) in their microstructure. From the optical measurements, the ellipsometric parameters (ψ,Δ) and the real refractive index as a function of energy were obtained. From the ellipsometric measurements, a model of the Lorentz single–oscillator was employed to estimate the optical band gap, E_g.

Keywords: Reactive sputtering; thin films; AlN.

Resumen

Se utilizó la técnica de erosión iónica reactiva para crecer películas delgadas de nitruro de aluminio (AlN). El propósito principal de este trabajo consistió en analizar el efecto del oxígeno en las propiedades ópticas y estructurales de las películas. Las propiedades estructurales y ópticas de las muestras se caracterizaron con espectroscopia elipsométrica y difracción de rayos X, respectivamente. La microestructura que pueden presentar las películas puede ser hexagonal (tipo wurzita, P6₃3m3) ó cubica (zinc–blenda, Fm3m), dependiendo de las condiciones de depósito. A partir de la medición de los parámetros elipsométricos (ψ,Δ), se utilizó el modelo del oscilador simple de Lorentz para obtener un estimado del ancho óptico, E_g.

Descriptores: Erosión iónica reactiva; películas delgadas; AlN.

PACS: 81.15.–Z, 68.55.–a, 82.80.–d

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Acknowledgements

This work was sponsored by CONACyT–México (project CO2–43707) and PAICyT–UANL (project CA1256–06). M. García Méndez would like to thank Dr. Miguel Ávalos Borja, from CCMC–UNAM, Ensenada, because the facilities granted for the use of XRD equipment. Also to Eloísa Aparicio Ceja, V Garcia and J.A. Diaz for the technical support. Authors thanks Azahel Bueno for his ellipsometric measurements.

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