硅衬底上无微裂稀反极性畴AlN 薄膜的分子束外延研究

硅衬底上无微裂稀反极性畴AlN 薄膜的分子束外延研究

胡健楠 钮浪 胡懿彬 鄂炎雄 郝智彪 汪莱 罗毅

清华信息科学与技术国家实验室(筹) 清华大学电子工程系 北京 100084

　　与蓝宝石和碳化硅衬底相比，硅(Si)衬底具有成本低、尺寸大等优势，在III 族氮化物半导体发光二极管市场中发展迅猛。Si 衬底上外延生长III 族氮化物技术中，氮化铝(AlN)薄膜作为改善异质外延界面、调控热失配应力最有效的过渡层，是最关键的外延层之一。然而，由于两者之间存在着晶格常数和晶体极性上的差异，AlN 外延层晶体质量的提高，受到了表面微裂和薄膜中反极性晶畴的困扰。针对此问题，本文发展了改进的迁移增强外延和单极性成核等技术。

　　结果表明，在分子束外延时，间断地通入N 源有助于消除表面微裂，得到了平坦的外延表面，1×1 mm2 均方根粗糙度仅为0.16 nm;同时，单极性成核处理可明显抑制反极性畴。由此获得了X 射线衍射半宽仅为0.27°的AlN 薄膜。

　　图1 采用传统方法(a)、交替通入Al 和N 源(b)和仅间断通入N 源(c)技术外延生长的AlN 表面扫描电子显微镜图像

　　图2 KOH 溶液腐蚀后的AlN 薄膜表面扫描电子显微镜图像对比(a) 传统生长工艺;(b) 采用单极性成核处理