Si襯底GaN的外延生長研究.pdf

1、氮化鎵(GaN)由于其禁帶寬度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫、遷移率高等優(yōu)點(diǎn),在光電與功率微波器件方面得到了廣泛的應(yīng)用。目前 GaN缺少同質(zhì)外延材料,一般都是采用 MOCVD法進(jìn)行異質(zhì)外延生長。目前的商用 GaN基器件中,藍(lán)寶石成為應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的襯底,但是Si襯底與藍(lán)寶石等襯底相比,具有尺寸大、成本低、工藝技術(shù)成熟、熱導(dǎo)率高、未來可能與 Si基微電子器件集成等優(yōu)點(diǎn),迅速成為了 GaN材料外延生長的熱點(diǎn)襯底材料。但是與藍(lán)寶石襯底相比,

2、 Si襯底GaN外延存在很多技術(shù)困難:首先GaN在高溫條件下易與Si發(fā)生劇烈的合金反應(yīng),從而腐蝕襯底和外延層;其次,由于GaN和Si襯底之間存在較大的晶格失配和熱失配,會在外延層中造成大量的缺陷和位錯,引起外延層龜裂等一系列的問題。本文將針對以上的情況,系統(tǒng)的討論在 Si襯底上外延生長GaN材料的工藝,主要的研究過程如下:
　　(1).研究了Si襯底預(yù)鋪Al原子的最佳時間,結(jié)果表明:高溫預(yù)鋪Al原子的時間對于抑制襯底表面的氮化,阻

3、止SixNy多晶的生成有著重要作用,實(shí)驗(yàn)得到的最佳時間為12s。
　　(2).研究了Si襯底上高溫脈沖法生長AlN緩沖層的工藝條件,并對其生長厚度進(jìn)行了優(yōu)化:實(shí)驗(yàn)表明AlN緩沖層不僅可以阻止Ga原子和Si原子之間的合金反應(yīng),抑制位錯的延伸,同時還可以在后續(xù)生長的 GaN外延層中引入一定的壓應(yīng)力,減少裂紋。實(shí)驗(yàn)得出的緩沖層的最佳厚度為80nm。
　　(3).采用雙AlN緩沖層結(jié)構(gòu),在兩層高溫AlN層中插入一層低溫AlN層:實(shí)驗(yàn)