台阶聚束AlN高温热退火形貌演化研究

本文在具有0.2°至1.0°斜切角的c面蓝宝石衬底上通过金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)生长了台阶聚束表面形貌AlN外延层,并系统研究了高温退火过程中其表面形貌演化规律,且基于第一性原理计算揭示了表面形貌演化背后的物理机制。研究发现,随退火温度逐步升高,AlN外延层台阶边缘首先出现具有六方结构特征的热刻蚀凹坑,随后在台面上形成边缘规则的多边形凹坑,其主要原因是AlN表面台阶边缘处Al-N原子对脱附能量(10.72 eV)小于台面处Al-N原子对脱附能量(12.12 eV)。此外,由于台阶宽度随斜切角增大而变窄,台面处凹坑在扩张过程中易与台阶边缘处凹坑发生合并形成V形边缘,斜切角越大台面上凹坑数量越少。本文阐明了不同斜切角蓝宝石衬底上生长的AlN在高温热退火过程中台阶聚束形貌演变机制,为面内组分调制的AlGaN基高效深紫外LED提供基础。