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《Si(111)衬底上生长的GaN的形貌与AlN缓冲层生长温度的关系》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第26卷第8期半导体学报Vol.26No.82005年8月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSAug.,2005Si(111)衬底上生长的GaN的形貌与3AlN缓冲层生长温度的关系1,212122朱军山徐岳生郭宝平刘彩池冯玉春胡加辉(1河北工业大学材料学院,天津300130)(2深圳大学光电子学研究所光电子器件与系统教育部重点实验室,深圳518060)摘要:利用LP2MOCVD技术在Si(111)衬底上,用不同温度生长AlN缓冲层,再在缓冲层上外延GaN薄膜.采用高分辨率双晶X射线衍射(DCXRD)技术
2、和扫描电子显微镜(SEM)分析这些样品,比较缓冲层生长温度对缓冲层和外延层的影响,并提出利用动力学模型解释这种温度的影响.进一步解释了GaN外延层表面形貌中“凹坑”的形成及“凹坑”与缓冲层生长温度的关系.结果表明,温度的高低通过影响缓冲层初始成核密度和成核尺寸来影响外延层表面形貌.关键词:MOCVD;GaN;缓冲层PACC:6855;7155G;6800中图分类号:TN304123文献标识码:A文章编号:025324177(2005)0821577205一般认为缓冲层对外延层的生长质量和表面形1引言貌起决定作用.人们对不同的缓
3、冲层下Si表面外延[3]GaN做了研究,取得了不同的效果.2003年,Hu等人对Si(111)上生长的GaN的微观结构进行了研以GaN为基础的Ⅲ2Ⅴ族氮化物是制造从可见[4][1]究,通过高分辨率SEM图像观察,分析Si和AlN光到紫外光发光器件的主要发光材料.由于缺少交界面无定形层的形成,认为这层无定形层不是在GaN体衬底,GaN材料通常通过异质外延获得,而蓝宝石是异质外延GaN最常用的衬底材料.但是蓝生长缓冲层时形成,而是在外延GaN时随着外延层宝石的制作和加工十分困难,很难与现有的半导体的厚度增加,应力的积聚而形成.20
4、03年,Kim等人技术和设备兼容,使成本居高不下,人们转而研究用在Si(111)上用550℃生长的LT2AlN作缓冲层生[5]Si片代替蓝宝石作为外延GaN的衬底,进而制造发长出厚度超过1μm而无开裂的GaN外延层.他光二极管.部分研究机构已取得重大突破,如日本们认为,LT2AlN生长时是无定形的,但是在后来升公司已通过Si片衬底外延GaN制造出的发光二极温到外延层生长温度的过程使它重新结晶.LT2管,亮度为同时期蓝宝石上外延GaN制作的发光二AlN通过形成弯曲的畴界使应力释放,因此GaN外极管的一半[2].延层初始阶段可在无
5、应力下生长,使外延层不出现硅与GaN的热失配和晶格失配会极大降低外开裂.2004年,陆敏等人研究了多缓冲层外延结果,[6]延层质量,如晶格失配会在Si与外延层的交界区出发现多层缓冲层外延质量优于单层缓冲层.2004现大量的失配位错,这些位错有一部分会延伸到外年,王军喜等人用Si/SiO2/Si柔性衬底外延GaN,[7]延层表面,使外延层表面的位错密度加大,从而影响认为柔性衬底可以有效防止外延层的开裂.张宝外延层质量.顺等人采用插入层来减少外延层的开裂,成功实现3广东省关键领域重点突破基金资助项目(批准号:2B2003A107)
6、朱军山男,1962年出生,博士研究生,研究方向为Si(111)衬底上MOCVD生长高质量GaN薄膜及其研究.徐岳生男,1935年出生,教授,博士生导师,目前从事晶体生长和缺陷研究.2004211202收到,2005202202定稿Z2005中国电子学会1578半导体学报第26卷[8]了无开裂GaN的MOCVD外延生长.这意味着缓冲层的表面形貌和生长质量对获得高质本研究通过对不同温度生长的缓冲层(1000,量的外延层十分重要.质量差的缓冲层会生成非结1040,1060,1080℃)的比较,得出温度对GaN外延晶的“种子”,同时使
7、结晶的“种子”的生长方向偏离[9]生长质量和表面形貌的影响,并提出生长模型解释Si衬底,因而导致较差的结晶质量.在缓冲层生在外延生长过程中温度如何影响外延层,在其他参长后,只有结晶的“种子”能连续生长,非结晶的“种数不变的情况下温度的变化如何影响表面形貌,并子”停止生长.一旦缓冲层中“种子”形成,也就形成用SEM观察和验证了这种影响.了一层包含许多缺陷的过渡层,该过渡层可容纳外延层与衬底的晶格失配.缓冲层的基本作用是提供2实验与衬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,在过渡区上面才可形成实验使用的设备
8、是ThomasSwan的LP2高质量的外延层.我们用SEM对不同温度生长MOCVD.该设备为垂直式,即气流与硅片平面是垂AlN缓冲层后再生长GaN的样品表面进行扫描,分直的,一次可装三片.生长前对硅片的预处理程序如别得到编号为1,2,3,4的四块样品的照片.图1,2,下:去离
