GaN基材料MOCVD生长机理腐蚀法研究.pdfVIP

第一卜‘届全国MOCVD学术会议论文集 广卅l2007年li月26日至29日 第5专题生长机理和动力学研究 ofMOCVD and (Research growththeory cs) dynami 05-001 GaN基材料MOCVD生长机理的腐蚀法研究 高志远，张进城，郝跃，倪金玉 西安电子科技大学微电子学院，陕西西安，7i0071 生长条件下进行，其生长杪理较为复杂。·化学腐蚀方法可看作是生长的逆过程，因此通过对腐蚀各 个阶段样品表面形貌的对乩分析，可从一个侧面反映生长机理，从而提供了一个研究生长机理并优 化生长工艺的简便有效的方法。本文先分别研究了GaN和AIGaN材料的腐蚀特性，而后通过控制腐 蚀温度时间逐层剥离AIGaN／GaN异质结构，研究其生长机理。 关。Ga极性面的化学稳定性使得GaN和AIGaN在其位错表面露头处选择性被腐蚀。由腐蚀坑密度求 子相对低的表面迁移率，使其在衬底上形成了较小的成核层晶粒，接下来较小的岛合并产生了较多 的位错。 初期出现较大的六方形浅坑，浅坑中心位置存在与GaN薄膜腐蚀坑相似的倒六棱锥形腐蚀坑。随着 腐蚀进一步进行，这些六方形浅坑相连，其表面形貌与二维层状生长的成核层表面形貌类似。原子 达到关键厚度，其生长模式为二维逐层生长。而GaN层部分位错传播至AIGaN层，使得腐蚀优先在 位错表面露头处开始。由于AIGaN比GaN更易被腐蚀，接下来的腐蚀向横向扩展。更进一步腐蚀使 得AIGaN层剥离，呈现GaN薄膜的腐蚀特性。 关键词：GaN、MOCVD、生长机理、腐蚀 1．引言 作为继Si、GaAs之后第三代重要的半导体材料，GaN等III—V族化合物是直接带隙半导体材料， 具有禁带宽度大、击穿场强大、电子漂移饱和速度高和导热性能良好等优点，在蓝、绿光和紫外发 光二极管(LED)、短波长激光二极管(LD)、紫外探测器和功率电子器件等多个领域都有广泛的应用前 景“。1。因此，GaN的制备和器件开发已经成为世界范围的研究和投资热点。MOCVD的生长速率中等， 且薄膜厚度的控制相对比较精确，是化合物半导体材料研究和生产的重要手段，作为微电子工业半 导体结构材料批量化生产型设备，其高质量、稳定性、重复性及规模化是其它的半导体材料生长设 备无法替代的，MOCVD技术提供了一种制备这种材料的强有力的手段¨。5’。 外延生长时有不同的特点，需要在诸如高V／III比等不同于普通III—V族化合物半导体材料的生长 条件下进行，其生长机理较为复杂∞’61，因而，对GaN基材料MOCVD生长机理的研究是增加生长可控 性并进一步提高材料质量的关键。化学腐蚀方法可看作是生长的逆过程，通过对腐蚀各个阶段样品 表面形貌的对比分析，可从一个侧面反映生长机理，从而提供了一个研究生长机理并优化生长工艺 的简便而有效的方法。本文先分别研究了GaN和AIGaN材料的腐蚀特性，而后通过控制腐蚀温度时 间逐层剥离AIGaN／GaN异质结构，研究其生长机理。 2．实验 275 第十届全国MOCVD学术会议论文集 广州2007年llJ]26日全29日 和N u GaN为缓冲层，非故意掺杂，厚度约为1m。获得GaN外延层后，进行A1GaN／GaN异质结构样品的 27％。扫描电镜(SEM)实验采用JSM 实验使用PARK XE一70设备，工作在轻敲模式下。腐蚀在熔融的KOH中进行，过程如下：将KOH放入 镍坩埚中在石墨热板上加热，温度用浸入腐蚀液的热电偶监控，精度为±1。C；当腐蚀液达到设定温 度，将GaN样品浸入其中，迅速盖好锅盖并开始计时；到达指定时问后，将样片迅速取出并投入去 离子水中以停止腐蚀。 3．结果与讨论 由于GaN和蓝宝石衬底之间巨大的失配引起的高界面能，在MOCVD中异质外延生长GaN均采用 两步法生长工艺¨‘81，即先将衬底表面氮化并生长一层低温Ga