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1、第26卷第8期半導(dǎo)體學(xué)報Vol.26No.82005年8月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSAug.,2005Si(111)襯底上生長的GaN的形貌與3AlN緩沖層生長溫度的關(guān)系1,212122朱軍山徐岳生郭寶平劉彩池馮玉春胡加輝(1河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院,天津300130)(2深圳大學(xué)光電子學(xué)研究所光電子器件與系統(tǒng)教育部重點實驗室,深圳518060)摘要:利用LP2MOCVD技術(shù)在Si(111)襯底上,用不同溫度生長AlN緩沖層,再在緩沖層上外延GaN薄膜.采用高分辨率雙晶X射線衍射(DCXRD)技術(shù)
2、和掃描電子顯微鏡(SEM)分析這些樣品,比較緩沖層生長溫度對緩沖層和外延層的影響,并提出利用動力學(xué)模型解釋這種溫度的影響.進一步解釋了GaN外延層表面形貌中“凹坑”的形成及“凹坑”與緩沖層生長溫度的關(guān)系.結(jié)果表明,溫度的高低通過影響緩沖層初始成核密度和成核尺寸來影響外延層表面形貌.關(guān)鍵詞:MOCVD;GaN;緩沖層PACC:6855;7155G;6800中圖分類號:TN304123文獻標識碼:A文章編號:025324177(2005)0821577205一般認為緩沖層對外延層的生長質(zhì)量和表面形1引言貌起決定作用.人們對不同的緩
3、沖層下Si表面外延[3]GaN做了研究,取得了不同的效果.2003年,Hu等人對Si(111)上生長的GaN的微觀結(jié)構(gòu)進行了研以GaN為基礎(chǔ)的Ⅲ2Ⅴ族氮化物是制造從可見[4][1]究,通過高分辨率SEM圖像觀察,分析Si和AlN光到紫外光發(fā)光器件的主要發(fā)光材料.由于缺少交界面無定形層的形成,認為這層無定形層不是在GaN體襯底,GaN材料通常通過異質(zhì)外延獲得,而藍寶石是異質(zhì)外延GaN最常用的襯底材料.但是藍生長緩沖層時形成,而是在外延GaN時隨著外延層寶石的制作和加工十分困難,很難與現(xiàn)有的半導(dǎo)體的厚度增加,應(yīng)力的積聚而形成.20
4、03年,Kim等人技術(shù)和設(shè)備兼容,使成本居高不下,人們轉(zhuǎn)而研究用在Si(111)上用550℃生長的LT2AlN作緩沖層生[5]Si片代替藍寶石作為外延GaN的襯底,進而制造發(fā)長出厚度超過1μm而無開裂的GaN外延層.他光二極管.部分研究機構(gòu)已取得重大突破,如日本們認為,LT2AlN生長時是無定形的,但是在后來升公司已通過Si片襯底外延GaN制造出的發(fā)光二極溫到外延層生長溫度的過程使它重新結(jié)晶.LT2管,亮度為同時期藍寶石上外延GaN制作的發(fā)光二AlN通過形成彎曲的疇界使應(yīng)力釋放,因此GaN外極管的一半[2].延層初始階段可在無
5、應(yīng)力下生長,使外延層不出現(xiàn)硅與GaN的熱失配和晶格失配會極大降低外開裂.2004年,陸敏等人研究了多緩沖層外延結(jié)果,[6]延層質(zhì)量,如晶格失配會在Si與外延層的交界區(qū)出發(fā)現(xiàn)多層緩沖層外延質(zhì)量優(yōu)于單層緩沖層.2004現(xiàn)大量的失配位錯,這些位錯有一部分會延伸到外年,王軍喜等人用Si/SiO2/Si柔性襯底外延GaN,[7]延層表面,使外延層表面的位錯密度加大,從而影響認為柔性襯底可以有效防止外延層的開裂.張寶外延層質(zhì)量.順等人采用插入層來減少外延層的開裂,成功實現(xiàn)3廣東省關(guān)鍵領(lǐng)域重點突破基金資助項目(批準號:2B2003A107)
6、朱軍山男,1962年出生,博士研究生,研究方向為Si(111)襯底上MOCVD生長高質(zhì)量GaN薄膜及其研究.徐岳生男,1935年出生,教授,博士生導(dǎo)師,目前從事晶體生長和缺陷研究.2004211202收到,2005202202定稿Z2005中國電子學(xué)會1578半導(dǎo)體學(xué)報第26卷[8]了無開裂GaN的MOCVD外延生長.這意味著緩沖層的表面形貌和生長質(zhì)量對獲得高質(zhì)本研究通過對不同溫度生長的緩沖層(1000,量的外延層十分重要.質(zhì)量差的緩沖層會生成非結(jié)1040,1060,1080℃)的比較,得出溫度對GaN外延晶的“種子”,同時使
7、結(jié)晶的“種子”的生長方向偏離[9]生長質(zhì)量和表面形貌的影響,并提出生長模型解釋Si襯底,因而導(dǎo)致較差的結(jié)晶質(zhì)量.在緩沖層生在外延生長過程中溫度如何影響外延層,在其他參長后,只有結(jié)晶的“種子”能連續(xù)生長,非結(jié)晶的“種數(shù)不變的情況下溫度的變化如何影響表面形貌,并子”停止生長.一旦緩沖層中“種子”形成,也就形成用SEM觀察和驗證了這種影響.了一層包含許多缺陷的過渡層,該過渡層可容納外延層與襯底的晶格失配.緩沖層的基本作用是提供2實驗與襯底晶格相同的成核中心和降低交界面的自由能,因此缺陷密度大大下降,在過渡區(qū)上面才可形成實驗使用的設(shè)備
8、是ThomasSwan的LP2高質(zhì)量的外延層.我們用SEM對不同溫度生長MOCVD.該設(shè)備為垂直式,即氣流與硅片平面是垂AlN緩沖層后再生長GaN的樣品表面進行掃描,分直的,一次可裝三片.生長前對硅片的預(yù)處理程序如別得到編號為1,2,3,4的四塊樣品的照片.圖1,2,下:去離
