AlGaN薄膜和AlGaN/AlN超晶格结构横向/纵向生长及应变状态研究

【作者】 刘斌； 李亮； 张荣； 谢自力； 赵红； 郑建国； 韩平； 修向前； 陆海； 陈鹏； 郑有炓；

【机构】 南京大学物理系江苏省光电信息功能材料重点实验室； 南京电子器件研究所； 美国西北大学材料科学工程系；

【摘要】 我们采用金属有机物化学汽相外延技术（MOCVD）研究了在蓝宝石衬底（α-Al₂O₃）生长不同Al组分Al_xGa_1-xN（0002）薄膜（0≤x≤0.8）和AlGaN/AIN超晶格结构。通过缓冲层的设计对AlGaN薄膜中的张应变和压应变进行控制,克服了AlGaN薄膜表面开裂的问题。对比了在不同的Al组分条件下,AlGaN薄膜的横向/纵向生长过程,揭示了MOCVD生长AlGaN过程中,由于Al原子的粘滞系数大于Ga原子,生长表面随Al组分增大变得粗糙,并伴随产生非（0002）取向的晶粒。采用Si掺杂工艺,通过改变薄膜的表面能,AlGaN薄膜质量得到优化,应变状态发生改变。我们同时研究了AlGaN/AIN超晶格结构的生长规律,发现平均Al组分增高,超晶格结构横向二维生长受到抑制,其晶体质量和表面形貌相对较差。高分辨X射线衍射和电子透射电镜研究指出,AlGaN/AIN超晶格结构中AlGaN层产生Al组分渐变,导致结构中应变能量降低,促使超晶格公度生长。更多还原