斜切蓝宝石衬底上GaN薄膜的位错降低机制

作者：徐爽; 许晟瑞^*; 王心颢; 卢灏; 刘旭; 贠博祥; 张雅超; 张涛; 张进成; 郝跃

来源：Acta Physica Sinica, 2023, 72(19): 176-182.

• 斜切蓝宝石衬底
• GaN
• 位错终止
• 透射电子显微镜

GaN材料以其宽禁带、高击穿电场、高热导率、直接带隙等优势被广泛应用于光电子器件、大功率器件以及高频微波器件等方面.由于GaN材料异质外延带来的大晶格失配和热失配问题, GaN在生长过程中会产生大量位错,降低了GaN材料晶体质量,导致器件性能难以进一步提升.为此,研究人员提出使用斜切衬底来降低位错密度,但是关于斜切衬底上外延层的位错湮灭机制的研究还不充分.所以,本文采用金属有机化合物化学气相淀积技术在不同角度的斜切蓝宝石衬底上生长了GaN薄膜,采用原子力显微镜、高分辨X射线衍射仪、光致发光测试、透射电子显微镜详细地分析了斜切衬底对GaN材料的影响.斜切衬底可以显著降低GaN材料的位错密度,但会导致其表面形貌发生退化.并且衬底斜切角度越大,样品的位错密度越低.通过透射电子显微镜观察到了斜切衬底上特殊的位错终止现象,这是斜切衬底降低位错密度的主要原因之一.基于上述现象,提出了斜切衬底上GaN生长模型,解释了斜切衬底提高GaN晶体质量的原因.

• 单位
  西安电子科技大学; 宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室