论文部分内容阅读
由于GaN缺少同质外延材料，一般都用异质外延生长方法，商用的GaN一般都以蓝宝石为生长衬底，而Si衬底具有蓝宝石衬底无可比拟的有点，Si衬底具有大尺寸，成本低、热导率高，可以与Si基微电子器件集成等优势，成为GaN外延生长最理想的衬底材料[1]。然而，在蓝宝石衬底生长的GaN技术较为成熟，已经达到较高的水平，而Si衬底GaN存在很多技术困难，如GaN和Si反应生成的合金腐蚀衬底和外延层，大的晶格失配和热失配引起的缺陷位错，龟裂等问题。本文将系统研讨Si衬底生长GaN的MOCVD工艺，主要内容如下：（1）.脉冲法生长高温AlN，为后续缓冲层得到最佳的生长质量。（2）.高温AlN缓冲层生长温度对GaN外延的影响，我们得出高温AlN的最佳温度窗口为1060℃-1080℃，在此温度下的高温AlN缓冲层上生长的GaN具有最佳的质量。（3）.高温AlN缓冲层的生长厚度的优化，AlN缓冲层具有阻值位错的延伸，还可以对后续生长的GaN施加一定的压应力，具有减少或消除裂纹的作用，我们得出在缓冲层在160nm厚度时具有最佳的结晶质量。（4）.采用双缓冲层HT-AlN/LT-AlN/HT-AlN,我们得出低温插入层对减少或消除裂纹有着重要的作用，但对结晶质量有着负面影响。（5）.在双缓冲层HT-AlN/LT-AlN/HT-AlN的基础上生长渐变组分AlxGa1-xN的插入层，可以提高GaN晶体的结晶质量，尤其对GaN外延层的形貌有着重要作用，是在本研究中的很关键的一个工艺，我们对组分的渐变个数和每个组分的厚度都做出了优化，得出渐变组分的个数和厚度的最优值。基于此方面的研究，我们生长出1μm厚无裂纹的GaN,表面粗糙度为1.35nm,（002）面的FWHM为792aresec。