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GaN生长中的悬空外延技术优化方案

【摘要】:首先,SiO2掩膜沉积于GaN层上,随后条带通过衬底腐蚀,衬底还能阻止高温时的GaN成核。晶粒在相遇前只能横向生长,此后传统的ELO生长发生。横向层在SiO2表面扩张,SiO2表面沉积于GaN层之上。悬空外延技术还有一些变种,例如无需SiO2掩膜的悬空外延[GEH00],以及选择性悬空外延,也称为“空气桥”ELO[KID 00]。图2-26 GaN在SiC上的悬空外延生长,图片摘自文献[DAV 01]。

除了传统的ELO生长,还有另一种只利用横向聚结的技术:悬空外延[DAV 01]。该技术的目标是优化低位错密度且高品质GaN的区域。这种技术是从竖壁上的独自生长开始的。

悬空外延技术的原理如图2-26所示。首先,SiO2掩膜沉积于GaN层上,随后条带通过衬底腐蚀,衬底还能阻止高温时的GaN成核。晶粒在相遇前只能横向生长,此后传统的ELO生长发生。横向层在SiO2表面扩张,SiO2表面沉积于GaN层之上。这样,第2次生长产生的所有成分都只能横向生长,理论上能够消除最终层中除聚结边界处以外的所有位错。因为采用ELO 2S后,位错均位于聚结边界,与掩膜带平行。这种层的横截面如图2-27所示。

悬空外延技术还有一些变种,例如无需SiO2掩膜的悬空外延[GEH00],以及选择性悬空外延,也称为“空气桥”ELO[KID 00]。

尽管悬空外延技术比ELO更复杂,但它可以更有效地降低位错密度(106~107个位错/cm2),甚至在层更薄的时候,因为其横向生长与垂直生长的比值比ELO的大4倍。

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图2-26 GaN在SiC上的悬空外延生长,图片摘自文献[DAV 01]。在第一个GaN层腐蚀后(a),晶芽在SiO2掩膜上方横向生长(b),直至完全聚结(c)