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2D外延标准优化方案

2025-09-29 历史故事版权反馈

【摘要】：在1100℃的生长期间，GaN和Al2O3间相当大的晶格失配可导致多晶体的产生。使用AlN[AMA 86]和GaN[NAK 91]过渡层是氮化物在Al2O3上异质外延生长的主要步骤。这个在低温下沉积的成核层在蓝宝石上产生了均匀的层，有助于随后沉积于高温的GaN薄膜生长成核。图2-17 1030℃条件下GaN在Al2O3上的直接外延，600℃条件下在GaN缓冲层上沉积30s，沉积70s。随后温度升至1030℃。

在1100℃的生长期间，GaN和Al₂O₃间相当大的晶格失配（-14%）可导致多晶体的产生。使用AlN[AMA 86]和GaN[NAK 91]过渡层是氮化物在Al₂O₃上异质外延生长的主要步骤。这个在低温下沉积的成核层在蓝宝石上产生了均匀的层，有助于随后沉积于高温的GaN薄膜生长成核。过渡层对晶体品质的改善效果如图2-17所示。

图2-17 1030℃条件下GaN在Al₂O₃上的直接外延（a），600℃条件下在GaN缓冲层上沉积30s（b），沉积70s（c）。沉积时间越长，层越粗糙[NAK 91]

图2-18所示的为GaN在AlN缓冲层上的生长步骤[HIR 91]。首先，AlN非晶层在温度为500～600℃时沉积于Al₂ O₃上。随后温度升至1030℃。在第一步

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图2-18 GaN在沉积于低温的AlN缓冲层上生长

中，AlN结晶为正常取向（0001）的六方形柱状冰晶，与表面平面存在微小的解取向角。随后TMG注入反应器容器中。在第二步中，GaN成核开始于AlN柱的顶端。在第三步中，过程是选择性的，因为GaN只在柱上以与表面垂直的方向生长。生长时柱形变宽，形成梯形（第4步和第5步），并进一步聚结形成2D薄膜。

在GaN缓冲层中观察到了相同的机制。柱形的聚结产生螺旋位错。（0001）生长平面中扭转解取向的晶粒引起边沿位错，而与[0001]轴生长方向倾斜解取向的晶粒引起混合位错。

这种外延层总位错密度的数量级为10⁹～10¹⁰/cm²[WU 98]，（0002）反射的X射线摇摆曲线谱线宽度（FWHM）为350～550弧秒。