SiNx插入层沉积时间对GaN晶体结构及形貌的影响

摘要

由于GaN与蓝宝石衬底之间具有较大的晶格失配和热失配,生长出的GaN薄膜中存在大量位错,同时这些位错能形成非辐射复合中心,严重影响了GaN薄膜的晶体质量和光电性能.在金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)系统里原位沉积SiN、插入层后，继续生长出了高质量的GaN薄膜，系统研究了SiN、插入层沉积时间对GaN外延薄膜晶体质量的影响。图1为SiN、沉积不同时间后生长GaN薄膜的HRXRD摇摆曲线图，可以看出，原位沉积SiN、插入层可以有效提高GaN薄膜的晶体质量，当SiN、沉积时间为120s时，生长出的GaN薄膜时具有更小的半高宽，说明位错密度((4.05×108 cm2)更小，晶体质量更好;图2为SiN、沉积不同时间后生长GaN薄膜的SEM图，可以看出，原位沉积SiN、插入层对GaN薄膜的表面形貌也有很大的影响，未沉积SiN、插入层和SiNX沉积时间为60 s时的GaN薄膜表面形貌区别不大，均比较平整。当SiN、沉积时间为120s时，GaN薄膜表面已经存在轻微的不平整区域，如图2(c)中虚线方框所示。当SiN、沉积时间为180s时，GaN薄膜表面非常粗糙，存在大量孔隙及形核岛相互吞并时的界面。主要是由于SiN、插入层覆盖面积过大，造成GaN生长时形核点过于分散，促使GaN以岛状生长模式为主，阻止了GaN的横向生长。