Controle de epitaxia por feixe molecular das propriedades estruturais, ópticas e eletrônicas de ScN(001)

Camadas orientadas de nitreto de escândio (001) foram crescidas em substratos de óxido de magnésio (001) por epitaxia por feixe molecular utilizando uma fonte de plasma de rf e uma célula de efusão de escândio. A razão fluxo Sc/N é crítica para determinar as propriedades estruturais, ópticas e eletrônicas das camadas epitaxiais crescidas. Uma transição distinta ocorre no ponto em que a razão fluxo Sc/N é igual a 1, definindo a linha entre o crescimento rico em N e o crescimento rico em Sc. Sob condições ricas em N, o crescimento é epitaxial, e a morfologia da superfície é caracterizada por uma matriz densamente empacotada de platôs em forma de quadrado e pirâmides de quatro faces, com os terraços entre os degraus sendo atomicamente lisos. Os filmes são estequiométricos e transparentes com uma transição óptica direta em 2,15 eV. Sob condições ricas em Sc, o crescimento também é epitaxial, mas a morfologia é dominada por montículos de crescimento espiral. A mudança de morfologia é consistente com a difusão de superfície aumentada devido a uma superfície rica em Sc. O excesso de Sc leva a camadas subestequiométricas com vacâncias de N que agem como doadores. O aumento da densidade de portadores resulta em uma borda de reflexão óptica em 1 eV, absorção abaixo da banda de 2,15 eV e uma queda na resistividade elétrica.