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2025-04-09
3D外延生长：实现高质量晶体生长的关键技术
【摘要】：GaN外延层中的缺陷主要是位错，它们是第1个生长步骤中不同晶粒的聚结而产生的。3）温度降至约600℃，GaN缓冲层因向反应器注入TMG而沉积。在这一阶段，原来的2D缓冲层发生重要的形态学变化，因大量传输再结晶而形成3D GaN岛。图2-19 GaN在蓝宝石上3D生长时反射率信号的变化在2D至3D转换之后，TMG被立刻注入至容器中。生成层的位错密度为5×108/cm2，比2D GaN低10倍。
GaN外延层中的缺陷主要是位错，它们是第1个生长步骤中不同晶粒的聚结而产生的。所以位错密度与成核晶粒的密度有直接的关系。一个有趣的方法[BEA 01]是使用硅，它在GaN中具有反表面活化剂（Anti-surfactant）效应[SHE 98]，能够减少缓冲层的成核密度。图2-19所示的为在生长期间原位测量的反射率信号。
3D生长的不同步骤如下：
1）AlN单层构成蓝宝石表面，方法是1080℃时向反应器中注入NH3，持续几分钟。
2）单层硅氮化物的沉积，方法是将层暴露于硅烷（SiH4）和氨的气流中。这一步称为Si/N处理。
3）温度降至约600℃，GaN缓冲层因向反应器注入TMG而沉积。
4）温度再次升至1080℃。在这一阶段，原来的2D缓冲层发生重要的形态学变化，因大量传输再结晶而形成3D GaN岛。这种转换发生的原因是蓝宝石的Si/N处理（步骤2）。在这一2D至3D的转换过程中，反射率信号因表面上激光点漫散射的增强而发生衰减。
(https://www.chuimin.cn)
图2-19 GaN在蓝宝石上3D生长时反射率信号的变化
在2D至3D转换之后，TMG被立刻注入至容器中。岛发生横向和垂直膨胀，生长开始。
5）横向膨胀促成了岛之间的聚结。在聚结过程中，反射信号的振荡幅值逐渐增加。
6）晶粒的聚结全部完成。生长变为2D的，振荡幅值不变。
生成层的位错密度为5×108/cm2，比2D GaN低10倍。增加Si/N处理（步骤2）的持续时间，可将位错密度再降低10倍[FRA 02]。这种情况下，GaN岛（步骤4）的数量大大减少，聚结（步骤5）所需的时间要长很多。为了获得没有凹陷的光滑表面，必须使用厚度为10μm的层。
与2D外延相比，来自于X射线衍射的（0002）反射FWHM得到改善，从350～550弧秒变为180～360弧秒。
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