硅襯底上無微裂稀反極性疇AlN 薄膜的分子束外延研究

胡健楠 鈕浪 胡懿彬 鄂炎雄 郝智彪 汪萊 羅毅

清華信息科學與技術(shù)國家實驗室(籌) 清華大學電子工程系 北京 100084

　　與藍寶石和碳化硅襯底相比，硅(Si)襯底具有成本低、尺寸大等優(yōu)勢，在III 族氮化物半導體發(fā)光二極管市場中發(fā)展迅猛。Si 襯底上外延生長III 族氮化物技術(shù)中，氮化鋁(AlN)薄膜作為改善異質(zhì)外延界面、調(diào)控熱失配應力最有效的過渡層，是最關鍵的外延層之一。然而，由于兩者之間存在著晶格常數(shù)和晶體極性上的差異，AlN 外延層晶體質(zhì)量的提高，受到了表面微裂和薄膜中反極性晶疇的困擾。針對此問題，本文發(fā)展了改進的遷移增強外延和單極性成核等技術(shù)。

　　結(jié)果表明，在分子束外延時，間斷地通入N 源有助于消除表面微裂，得到了平坦的外延表面，1×1 mm2 均方根粗糙度僅為0.16 nm;同時，單極性成核處理可明顯抑制反極性疇。由此獲得了X 射線衍射半寬僅為0.27°的AlN 薄膜。

　　圖1 采用傳統(tǒng)方法(a)、交替通入Al 和N 源(b)和僅間斷通入N 源(c)技術(shù)外延生長的AlN 表面掃描電子顯微鏡圖像

　　圖2 KOH 溶液腐蝕后的AlN 薄膜表面掃描電子顯微鏡圖像對比(a) 傳統(tǒng)生長工藝;(b) 采用單極性成核處理