【摘 要】
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GaN材料具有宽禁带,高熔点,高电子迁移率,高击穿场强以及高热导率等优越特性,广泛应用于发光器件(LED)、太阳能电池、高电子迁移率晶体管以及射频器件等领域。目前外延GaN薄膜基本上都是采用MOCVD法进行异质外延生长,通常商用的异质外延衬底为蓝宝石和Si C。采用Si衬底外延GaN薄膜器件相比以上两种衬底,具有成本低、大尺寸、导热性好等优点。但是在Si衬底外延GaN薄膜也存在一些问题,例如大的晶
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GaN材料具有宽禁带,高熔点,高电子迁移率,高击穿场强以及高热导率等优越特性,广泛应用于发光器件（LED）、太阳能电池、高电子迁移率晶体管以及射频器件等领域。目前外延GaN薄膜基本上都是采用MOCVD法进行异质外延生长,通常商用的异质外延衬底为蓝宝石和Si C。采用Si衬底外延GaN薄膜器件相比以上两种衬底,具有成本低、大尺寸、导热性好等优点。但是在Si衬底外延GaN薄膜也存在一些问题,例如大的晶格失配导致缺陷的产生,大的热膨胀系数失配致使GaN薄膜表面产生裂纹以及Si和Ga容易发生化学反应生成合金蚀刻衬底以及整个外延层等问题。本文将系统地分析并讨论了在Si衬底上采用MOCVD法外延GaN薄膜的生长工艺过程,主要研究内容如下:（1）研究了预铺Al时的TMAl的最佳预流量,结果表明:预铺Al的TMAl的流量为59.5 sccm为最佳流量,可防止非晶体SixNy的形成以及GaN薄膜表面出现回融蚀刻现象。（2）研究了AlN缓冲层的生长压力、温度以及厚度对GaN外延层的影响,结果表明:在生长压力为50 mbar、温度为1100℃以及生长厚度为160 nm的AlN缓冲层,获得GaN薄膜质量最佳。（3）采用LT/HT＿AlN双缓冲层上外延生长GaN薄膜,结果表明:插入LT＿AlN层的温度为1000℃,厚度为20 nm时,可以在一定程度上减少GaN薄膜表面的裂纹,提高GaN的结晶质量。（4）采用插入阶梯式AlxGa1-xN应力释放层,结果表明:该插入层可提高GaN的结晶质量,减少GaN薄膜表面的裂纹,改善GaN薄膜表面形貌。我们对插入AlxGa1-xN层的Al组分进行了优化,并得出了最优的低Al组分阶梯式生长结构。
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