研究人員一直在尋求方法來改善藍寶石上氮化鋁(AlN)的生長質量,以期將其應用于電子產品。除了電擊穿之前的高臨界場外,AlN的高導熱性能夠改善集成電路的熱管理,高臨界場可實現更快、更節能和更緊湊的功率開關器件。
為了利用超寬帶隙AlN的增強臨界電場特性,減少因晶體缺陷引起的潛在泄漏至關重要。目前,AlN模板的質量相對較差,其線程位錯密度約為108-1010/cm2。研究人員在成核生長后使用1700°C的高溫退火來顯著提高AlN /藍寶石模板的晶體質量。
先用金屬有機化學氣相沉積藍寶石襯底上生長了300nm AlN成核層。將樣品成對裝入AlN表面彼此面對的退火爐中。退火溫度在1670-1730℃的范圍內。該處理在500Torr壓力下的氮氣氛圍中進行。退火后,使樣品進一步經受1200°C AlN再生長,形成1-2μm的層。在再生過程中氮/鋁比為150,即富氮。
在所有樣品中,(002)X射線衍射峰均因再生長而增加。再生長2μm后峰的樣品FWHM為174arcsec。相比之下,(102)峰值FWHM傾向于隨著再生長而降低,最顯著的是隨著生長的樣品減少到約534arcsec。在1730°C退火后,長大后的(102)峰半峰寬為255arcsec。
使用原子力顯微鏡(AFM)進行的表面檢查顯示,退火后的樣品具有更明顯的原子臺階。這樣的步驟可以改善再生過程。初生和1670°C-1730°C退火時的均方根(RMS)粗糙度值按溫度升高的順序依次為0.74nm、0.27nm、0.32nm和1.4nm。
在260-270nm深紫外區,退火樣品的透射率比生長的樣品高3-4%。可能是由于退火后AlN的重結晶,導致了更好的透射率。

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