以金属为缓冲层在Si(111)上分子束外延GaN及其表征

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1、第２９卷第１０期半导体学报犞狅犾．２９犖狅．１０２００８年１０月犑犗犝犚犖犃犔犗犉犛犈犕犐犆犗犖犇犝犆犜犗犚犛犗犮狋．，２００８以金属为缓冲层在犛犻（１１１）上分子束外延犌犪犖及其表征林郭强曾一平王晓亮刘宏新（中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室，材料科学中心，北京１０００８３）摘要：用电子束蒸发方法在犛犻（１１１）衬底上蒸发了犃狌／犆狉和犃狌／犜犻／犃犾／犜犻两种金属缓冲层，然后在金属缓冲层上用气源分子束外延（犌犛犕犅犈）生长犌犪犖．两种缓冲层的表面都比较平整和均匀，都是具有犃狌（１１１）面择优取向的立方相犃狌层．在犃狌／犆狉／犛犻（１１１）上犕犅犈生

2、长的犌犪犖，生长结束后出现剥离．在犃狌／犜犻／犃犾／犜犻／犛犻（１１１）上无犃犾犖缓冲层直接生长犌犪犖，得到的是多晶犌犪犖；先在８００℃生长一层犃犾犖缓冲层，然后在７１０℃生长犌犪犖，得到的是沿犌犪犖（０００１）面择优取向的六方相犌犪犖．将犃狌／犜犻／犃犾／犜犻／犛犻（１１１）在８００℃下退火２０犿犻狀，金属层收缩为网状结构，并且成为多晶，不再具有犃狌（１１１）方向择优取向．关键词：犌犪犖；分子束外延；犛犻（１１１）；缓冲层；金属犘犃犆犆：８１１５中图分类号：犜犖３０４２＋３文献标识码：犃文章编号：０２５３４１７７（２００８）１０１９９８０５出现的微裂纹，并

3、且提高犌犪犖晶体的质量，人们对犛犻１引言基外延犌犪犖进行了大量的研究，尝试通过采用加入不同的缓冲层和中间层等方法来提高外延犌犪犖的质［９～１１］由于犌犪犖具有优异的物理与化学性质，所以在光量．电子和微电子领域得到了广泛的应用，近年来犌犪犖材由于目前金属单晶衬底成本还比较高，因此，作者料被广泛用于高温、高频和大功率器件的制作．由于制在成本较低、表面质量和晶体质量较高的犛犻（１１１）衬底备犌犪犖体单晶存在一定的困难，所以到目前为止，还难上蒸发金属犃狌，并在此犃狌表面用犌犛犕犅犈方法进行以得到大尺寸、高质量且价格低廉的犌犪犖单晶衬犌犪犖的外延，研究了不同结构的金属缓冲层对

4、于在犛犻［１，２］（１１１）衬底上犕犅犈外延犌犪犖的影响．首先用电子束蒸底，因此目前通常采用异质外延的方式进行犌犪犖的生长．在异质外延犌犪犖中经常使用的衬底是蓝宝石，但发方法在犛犻（１１１）衬底上蒸发最上层为金属犃狌的多层是在高功率器件中，由于蓝宝石衬底的热导率比较低（金属，然后尝试在该犃狌表面用犌犛犕犅犈生长犌犪犖，研３３犠／（犿·犓）），会使器件的性能受到一定的影响和限究了在犃狌／犆狉／犛犻（１１１）和犃狌／犜犻／犃犾／犜犻／犛犻（１１１）两种结制．为了解决器件的散热问题，一些研究小组将在蓝宝构的金属缓冲层上生长犌犪犖的情况．实验结果用光学石衬底上生长的器件用激

5、光剥离方法（犔犔犗）从衬底上显微镜、原子力显微镜（犃犉犕）、犡射线衍射（犡犚犇）、扫剥离下来，然后转移到金属犆狌上，由于犆狌的热导率比描电子显微镜（犛犈犕）和犡射线能谱分析（犈犇犛）进行了较高（４００犠／（犿·犓）），键合在金属犆狌上的器件就可研究．［３，４］以得到很好的散热．但是，这样做会在工艺上遇到很多困难，工艺要求高，并且造成了成品率低．所以，直接２实验在单晶金属衬底上进行氮化物的外延，对于解决器件的散热问题是一个很好的选择．已经有报道在金属犆狌，实验使用的是５０犿犿狆型犛犻（１１１）衬底，电阻率８～［５～７］１２Ω·犿．衬底首先经过常规的化学清洗、去油、去金

6、属犖犻，犃犵等衬底上成功地进行了犌犪犖的外延，但是该方法的缺点是目前单晶金属衬底的价格还比较高．离子，然后在去离子水中反复漂洗干净、甩干．衬底清洗另一方面，犛犻衬底由于具有面积大，晶体质量好和后，用电子束蒸发方法在犛犻（１１１）表面蒸发金属．制备了成本低廉等优点，也是进行犌犪犖外延的较好的衬底．在两个不同的金属缓冲层／犛犻（１１１）结构．衬底犃为犃狌／犛犻（００１）上外延犌犪犖，容易出现六方相与立方相犌犪犖混犆狉／犛犻（１１１），金属层厚度约１６０狀犿；衬底犅为犃狌／犜犻／相，因此一般选择在犛犻（１１１）上进行犌犪犖外延［８］．但是犃犾／犜犻／犛犻（１１１），金属层

7、厚度约４５０狀犿．由于犌犪犖与犛犻（１１１）衬底之间存在较大的晶格常数和犌犪犖的生长是在国产犐犞型犌犛犕犅犈系统上进行［１２］热膨胀系数的差异，因此外延得到的犌犪犖中的线位错的．金属犌犪（６犖５），犃犾（６犖５）和高纯犖犎３（６犖５）分等缺陷的密度比较高，影响了材料的性能；在生长结束别用作犌犪源、犃犾源和犖源．犌犪犖的生长温度为的冷却过程中，会在犌犪犖中出现较大的张应力，从而导７１０℃，生长速率约为５００狀犿／犺；犃犾犖的生长温度为致犌犪犖微裂纹的出现．为了解决在犛犻上生长犌犪犖时８００℃，生长速率约为５０狀犿／犺．通信作者．犈犿犪犻犾：犾犻狀犵狇＠狊犲犿犻．