《炬丰科技-半导体工艺》MOCVD生长同质外延GaN的形态和结构特征
书籍：《炬丰科技-半导体工艺》
文章：MOCVD生长同质外延GaN的形态和结构
编号：JFKJ-21-654
作者：炬丰科技
关键词:氮化镓；外延层；缺陷；透射电子显微镜法
摘要
在氮化镓基质的n极表面发现MOCVD生长的氮化镓表现出明显的六角形锥体特征（典型的10--50毫升的大小取决于层的厚度）。锥体缺陷的演化主要由反演域的一个突发核心(通常为100nm大小)的生长速率决定。倒置域在含有非晶态材料的薄氧带(厚度的2-5nm)上成核，是用于在生长前制备基质的机械化学抛光技术的残余污染。除了金字塔形的山丘，顶部的山丘也形成。本文提出了这些特征与核心位错之间的联系，而核心位错构成了生长步骤的来源。通过对基底抛光程序的改进，可以有效地消除这些表面山丘。
介绍
尽管在过去的十年中，在生长形态上良好的异质外延氮化镓层方面取得了显著的进展，但这种材料仍然表现出非常高的各种缺陷的密度。特别是，位错、反转域(id)、纳米管和表面凹坑是晶体种植者继续关注。对于高功率光电和高温器件的应用，异质外延氮化镓目前的结构特性似乎具有一定的意义。研究表明，氮化镓外延层的位错确实具有非辐射和重组特性，这表明氮化镓的位错在光蚀刻过程中表现与砷化镓的行为相相似。也就是说，它们构成了光生成的载体的重组位点，是位错露头形成山丘而不是蚀刻坑的原因。与此同时，在异外延氮化镓层中常见的微纳米管可能成为电性能的`杀伤缺陷，正如SiCbasedp}n结器件所证明的那样。
实验步骤
本研究中用作外延衬底的氮化镓晶体是在16003C的温度下，由液态镓在高静水压氮(15}20 kbar)下生长的]。使用0.1 lm级金刚石膏机械抛光M0 0 0 1N定向板状晶体的两侧，而 N面根据参考文献的极性分配。随后按照参考文献中描述的程序在氢氧化钾水溶液中进行机械化学抛光。 采用金属有机化学气相沉积法在水平反应器中生长了未掺杂的氮化镓外延层。通过顺序机械抛光和常规氩离子研磨制备了平面透射电子显微镜样品，而聚焦离子束(FIB)技术用于通过选择的生长特征制备现场样品横截面箔。
实验结果
对同质外延氮化镓层的光学检查揭示了几乎覆盖整个衬底表面的大量生长小丘。图。1a . 生长1小时后，小丘六边形基部的大小在10-50 lm的范围内，密度在0.5-2x105 cm~2的范围内.小丘在各层表面的分布通常是不均匀的，一些局部区域没有这些宏观生长特征。这一结果是基于对在名义上相同的生长条件下进行的十次单独生长试验的检查。
通过宏观观察到的小丘的透射电镜切片未能揭示任何结构缺陷，既没有穿透该层，也没有描绘氮化镓/氮化镓界面。
讨论
证据表明，在金属有机化学气相沉积同质外延生长氮极性氮化镓过程中形成的六角锥形小丘是由于反型畴的存在。事实上，在异质外延N极氮化镓中也观察到了类似的生长缺陷。发现这种IDs的镓极性核心比周围的氮极性基质生长速度更快，因此对金字塔小丘的形成和传播负责。我们的透射电镜结果证实了这一结论，而原子力显微镜的结果表明这些身份证件构成了很大的差异！同质外延期间原子层表面台阶的有效成核位置。这个因素可能与e有关！
结论
GaN层的可再现的同质外延MOCVD生长已经在氢氧化钾水溶液中进行机械化学抛光的n极(0 0 0 11)块状单晶衬底。密度为105 cm~2的六边形金字塔和# at-top小丘是形成的主要缺陷，这些缺陷归因于抛光过程中残留的含氧材料的分布的100 nm非晶带(通常为2-5 nm厚)处的ids成核。透射电镜分析表明外延层的N极基体中嵌入了镓极标识，因此镓极表面的生长速率更高。N-极性基质表面上较低的生长速率归因于该表面较低的稳定性。在小丘之间，外延层根据台阶#ow机制生长，台阶高度为0.5-1 nm。基底外延层界面处的晶格完全匹配，因为在透射电镜检查中没有发现描绘界面的不连续。
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