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Al預沉積層對金屬有機物化學氣相沉積方法在Si襯底上生長AlN緩沖層和GaN外延層的影響

726   編輯：中冶有色網   來源：甄龍云,彭鵬,仇成功,鄭蓓蓉,Armaou Antonios,鐘蓉  
2024-04-19 13:21:45
近年來，隨著薄膜制備技術的發展和制備設備的改善氮化鎵(GaN)基器件在學術和商業上的應用都有很大的進展 作為第三代半導體的代表性材料，GaN材料有大禁帶寬度、很高的飽和電子漂移速率、高擊穿電場、強抗腐蝕性、高熔點、耐高溫、化學穩定性好和高熱導率等特性 因此，GaN的制備方法、理論探索和應用研究都備受關注，也是當前研究的熱點和難點 由于缺少天然襯底，生長GaN薄膜通常使用藍寶石(Al2O3)或碳化硅(SiC)襯底 與這些襯底材料相比，硅(Si)具有導熱性高、導電性高、尺寸大、可用性強以及成本低等優點，是一種很有前途的襯底材料 但是，與藍寶石和SiC襯底相比，Si與GaN之間的晶格失配更大(17%)、熱失配更高(56%)，限制了它的應用 在外延生長過程中，高晶格失配使GaN薄膜的缺陷密度高；在外延生長結束后的降溫過程中，高熱失配使GaN薄膜產生更大的張應力，從而產生大量裂紋 同時，外延生長的溫度很高，使襯底的Si原子擴散到GaN外延層并與Ga原子反應生成Ga-Si共晶合金，從而使Si表面出現空洞 這種強烈而快速的刻蝕反應，通常稱為“熔融反刻蝕”[1] 由此可見，在Si襯底上異質外延生長GaN薄膜的困難比在藍寶石或SiC襯底上生長大得多 為了制備高質量、無裂紋的GaN薄膜，文章[2~7]針對緩沖層的材料選擇和膜層設計提出了幾種方法，包括用圖案化襯底引導Si襯底掩?；蚩涛g部分的裂紋[2]、襯底工程[3]和引入高溫(HT)AlN緩沖層[4]與低溫(LT)進行拉應力補償AlN中間層[5]、Al GaN中間層[6]或Al(Ga)N/GaN多層膜[7] 另外，采用Si的delta摻雜技術可緩解Si與GaN之間的晶格失配度并產生預壓應力，從而降低外延生長過程中生成的位錯密度并減小冷卻過程中產生的張應力 這些技術可以緩解或消除裂紋，從而提高GaN外延層的結晶質量[8] 但是，裂紋問題仍然沒有徹底解決，GaN外延層的結晶質量不能滿足高質量芯片的要求 由于AlN與GaN材料具有較高的結構相似性，可用AlN作緩沖層在Si襯底生長GaN [9] 而Al預沉積層決定AlN緩沖層的質量，并進而影響GaN外延層的質量[9-11] 鑒于此，本文研究Al預沉積層對AlN緩沖層和GaN外延層的影響并給出Al預沉積層的最佳生長參數 1 實驗方法 實驗用樣品在Aixtron G4 2800 HT型金
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