正晶向SiC衬底上表面光滑的N极性GaN薄膜材料的生长

作者：沈睿; 李传皓^*; 李忠辉; 彭大青; 张东国; 杨乾坤; 罗伟科

来源：固体电子学研究与进展, 2022, 42(02): 150-156.

DOI：10.19623/j.cnki.rpsse.2022.02.009

• N极性GaN
• MOCVD
• AlN成核层
• 正晶向SiC衬底
• 微波应用

采用MOCVD技术在101.6 mm(4英寸)正晶向半绝缘C面SiC衬底上生长了厚度为1μm的GaN缓冲层。通过深入研究不同AlN成核层上生长的GaN缓冲层的性质，揭示了正晶向SiC衬底上氮极性GaN的生长机制，发现成核层表面AlN岛的密度是决定缓冲层表面形貌的重要参数，对后续GaN的成核以及GaN岛间的合并具有显著影响。通过在AlN成核层外延期间引入N2作为载气并且以脉冲方式供应铝源，研制的成核层表面成核岛尺寸小且致密性高，有利于促进GaN成核岛之间的横向合并，并抑制GaN缓冲层的岛状生长模式，从而获得了表面光滑的N极性GaN薄膜材料，原子力显微镜20μm×20μm扫描范围下的均方根(rms)粗糙度值为1.5 nm。此外，在表面平滑的GaN薄膜上生长的GaN/AlGaN异质结的电子输运特性也同步得到提升，这有利于N极性GaN材料的微波应用。