高温 AlN 纳米线分子束外延生长动力学与衬底稳定性

我们研究了 950 至 1215 {\deg}C（远高于通常生长温度）之间 AlN 纳米线的分子束外延，以确定最佳生长条件。纳米线通过在溅射于 Al$_2$O$_3$ 上的 TiN(111) 薄膜上自组装生长。在 1100 {\deg}C 以上，观察到 TiN 薄膜发生晶粒长大，其表面出现 {111} 晶面，AlN 优先在此形核。对不同温度下测得的纳米线伸长速率建模表明，Al 吸附原子扩散长度在 1150 {\deg}C 达到最大，这似乎是最佳生长温度。然而，对纳米线发光的分析显示，在 1050 {\deg}C 以上深能级信号即急剧增加，这与来自 Al$_2$O$_3$ 衬底的 O 掺入有关。与在 Si、MgO 和 SiC 衬底上生长的 AlN 纳米线比较表明，由 TiN/衬底界面互扩散导致的 Si 和 O 重掺杂提高了纳米线内量子效率，推测是由于形成了 SiN$_x$ 或 AlO$_x$ 钝化壳层。Si 和 O 的外扩散也会导致纳米线中观察到的反转畴形成。由此可见，对于光电子和压电应用，最佳 AlN 纳米线集合体应在 1150 {\deg}C 于 TiN/SiC 衬底上制备，并且需要外延后的表面钝化。