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Al预沉积层对金属有机物化学气相沉积方法在Si衬底上生长AlN缓冲层和GaN外延层的影响

701 编辑：中冶有色网来源：甄龙云,彭鹏,仇成功,郑蓓蓉,Armaou Antonios,钟蓉

2024-04-19 13:21:45

近年来，随着薄膜制备技术的发展和制备设备的改善氮化镓(GaN)基器件在学术和商业上的应用都有很大的进展作为第三代半导体的代表性材料，GaN材料有大禁带宽度、很高的饱和电子漂移速率、高击穿电场、强抗腐蚀性、高熔点、耐高温、化学稳定性好和高热导率等特性因此，GaN的制备方法、理论探索和应用研究都备受关注，也是当前研究的热点和难点由于缺少天然衬底，生长GaN薄膜通常使用蓝宝石(Al2O3)或碳化硅(SiC)衬底与这些衬底材料相比，硅(Si)具有导热性高、导电性高、尺寸大、可用性强以及成本低等优点，是一种很有前途的衬底材料但是，与蓝宝石和SiC衬底相比，Si与GaN之间的晶格失配更大(17%)、热失配更高(56%)，限制了它的应用在外延生长过程中，高晶格失配使GaN薄膜的缺陷密度高；在外延生长结束后的降温过程中，高热失配使GaN薄膜产生更大的张应力，从而产生大量裂纹同时，外延生长的温度很高，使衬底的Si原子扩散到GaN外延层并与Ga原子反应生成Ga-Si共晶合金，从而使Si表面出现空洞这种强烈而快速的刻蚀反应，通常称为“熔融反刻蚀”[1] 由此可见，在Si衬底上异质外延生长GaN薄膜的困难比在蓝宝石或SiC衬底上生长大得多为了制备高质量、无裂纹的GaN薄膜，文章[2~7]针对缓冲层的材料选择和膜层设计提出了几种方法，包括用图案化衬底引导Si衬底掩模或刻蚀部分的裂纹[2]、衬底工程[3]和引入高温(HT)AlN缓冲层[4]与低温(LT)进行拉应力补偿AlN中间层[5]、Al GaN中间层[6]或Al(Ga)N/GaN多层膜[7] 另外，采用Si的delta掺杂技术可缓解Si与GaN之间的晶格失配度并产生预压应力，从而降低外延生长过程中生成的位错密度并减小冷却过程中产生的张应力这些技术可以缓解或消除裂纹，从而提高GaN外延层的结晶质量[8] 但是，裂纹问题仍然没有彻底解决，GaN外延层的结晶质量不能满足高质量芯片的要求由于AlN与GaN材料具有较高的结构相似性，可用AlN作缓冲层在Si衬底生长GaN [9] 而Al预沉积层决定AlN缓冲层的质量，并进而影响GaN外延层的质量[9-11] 鉴于此，本文研究Al预沉积层对AlN缓冲层和GaN外延层的影响并给出Al预沉积层的最佳生长参数 1 实验方法实验用样品在Aixtron G4 2800 HT型金

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“Al预沉积层对金属有机物化学气相沉积方法在Si衬底上生长AlN缓冲层和GaN外延层的影响” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。

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