非极性a面p型AlGaN/GaN超晶格MOCVD生长及特性表征
发布时间：2021-08-12 18:57
利用铟（In）表面活性剂辅助Mg-δ掺杂技术和金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术,在r面蓝宝石衬底上成功生长了高空穴浓度的非极性a面p型Al0.6Ga0.4N/GaN超晶格样品。分别使用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）分析了生长的超晶格样品的表面形貌,并使用霍尔效应测试系统在室温下测量了经过电极制作和空气氛围退火处理的超晶格样品的空穴浓度和空穴迁移率。研究结果表明,在MOCVD生长过程中精心优化TMIn摩尔流量可以使该超晶格样品表面的均方根（RMS）粗糙度降低21.4%,同时其空穴浓度增加183.3%。因此,适量地引入In表面活性剂不仅可以明显改善非极性a面p型Al0.6Ga0.4N/GaN超晶格样品的表面形貌,而且能显著增强样品的空穴浓度。
【文章来源】：微纳电子技术. 2020,57(10)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
样品A和B的层结构示意图
样品A和B的HR-XRD2θ-ω（2θ为衍射X射线与入射X射线延长线的夹角，ω为入射X射线与晶面的夹角）扫描曲线极其相似，如图3所示。图3中位于2θ=57.67°处的最强衍射峰来源于非极性a面GaN外延层的X射线衍射。第二强衍射峰来源于非极性a面AlGaN/GaN超晶格的非极性a面AlGaN层X射线衍射。另外，最右侧的肩状衍射峰来源于非极性a面高温AlN缓冲层X射线衍射[11-12]。对于样品A和B，非极性a面p型AlGaN/GaN超晶格中AlGaN层的Al组分均为0.6。2.2 表面形貌
本文采用垂直冷壁MOCVD系统（青岛杰生电气有限公司，W120型）生长了非极性a面p型AlGaN/GaN超晶格样品，且所使用的衬底是直径2英寸（1英寸=2.54 cm）的半极性r面蓝宝石衬底。氨（NH3）、三甲基铝（TMAl）、三甲基铟（TMIn）、双环戊二烯基镁（Cp2Mg）和三甲基镓（TMGa）分别是N、Al、In、Mg和Ga的前驱体。首先，将r面蓝宝石衬底在1 065℃、H2氛围下进行热处理以除去衬底表面的污染物，然后在1 065℃下进行300 s氮化处理。随后，在1 130℃下生长了厚度为180 nm的高温AlN缓冲层。接着，在高温AlN缓冲层上生长了Al组分渐变AlxGa1-xN缓冲层，其中x在（0,1）内线性递减。之后，使用In表面活性剂辅助Mg-δ掺杂技术，在AlGaN缓冲层上生长了具有In表面活性剂的p型AlGaN/GaN超晶格。对于每个Mg-δ掺杂循环，首先沉积了厚度为20 nm的GaN层，接着进行10 s NH3吹扫。之后，将Cp2Mg和NH3通入MOCVD反应室，实施1 min第1次Mg-δ掺杂。随后在GaN层上生长了厚度为40 nm的AlGaN层，再实施10 s NH3吹扫和第2次Mg-δ掺杂。然后进行下一个Mg-δ掺杂循环，且该Mg-δ掺杂循环总数为8次。最后，在p型AlGaN/GaN超晶格上生长了厚度为20 nm的Mg掺杂p型GaN盖帽层。为了进行对比研究，除TMIn摩尔流量外，其余的生长工艺参数保持不变，且Cp2Mg摩尔流量恒定为0.53μmol/min。样品A为采用常规Mg-δ掺杂技术和MOCVD技术生长的p型AlGaN/GaN超晶格；样品B为采用In表面活性剂辅助Mg-δ掺杂技术和MOCVD技术生长的p型AlGaN/GaN超晶格，且优化TMIn摩尔流量为1.94μmol/min。图1为样品A和B在1个MOCVD生长周期内Mg-δ掺杂工艺方案示意图，图中(1)和(4)分别为GaN层生长90 s和AlGaN层生长240 s,(2)和(5)为吹扫10 s,(3)和(6)为Mg-δ掺杂60 s。样品A和B的层结构示意图如图2所示。图2 样品A和B的层结构示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]高电导率p型AlGaN材料[J]. 罗伟科,李忠辉,孔岑,杨乾坤,杨峰. 固体电子学研究与进展. 2019(05)
[2]低源流量Delta掺杂p型GaN外延薄膜的研究[J]. 王凯,邢艳辉,韩军,赵康康,郭立建,于保宁,李影智. 半导体光电. 2016(02)
本文编号：3338884
【文章来源】：微纳电子技术. 2020,57(10)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
样品A和B的层结构示意图
样品A和B的HR-XRD2θ-ω（2θ为衍射X射线与入射X射线延长线的夹角，ω为入射X射线与晶面的夹角）扫描曲线极其相似，如图3所示。图3中位于2θ=57.67°处的最强衍射峰来源于非极性a面GaN外延层的X射线衍射。第二强衍射峰来源于非极性a面AlGaN/GaN超晶格的非极性a面AlGaN层X射线衍射。另外，最右侧的肩状衍射峰来源于非极性a面高温AlN缓冲层X射线衍射[11-12]。对于样品A和B，非极性a面p型AlGaN/GaN超晶格中AlGaN层的Al组分均为0.6。2.2 表面形貌
本文采用垂直冷壁MOCVD系统（青岛杰生电气有限公司，W120型）生长了非极性a面p型AlGaN/GaN超晶格样品，且所使用的衬底是直径2英寸（1英寸=2.54 cm）的半极性r面蓝宝石衬底。氨（NH3）、三甲基铝（TMAl）、三甲基铟（TMIn）、双环戊二烯基镁（Cp2Mg）和三甲基镓（TMGa）分别是N、Al、In、Mg和Ga的前驱体。首先，将r面蓝宝石衬底在1 065℃、H2氛围下进行热处理以除去衬底表面的污染物，然后在1 065℃下进行300 s氮化处理。随后，在1 130℃下生长了厚度为180 nm的高温AlN缓冲层。接着，在高温AlN缓冲层上生长了Al组分渐变AlxGa1-xN缓冲层，其中x在（0,1）内线性递减。之后，使用In表面活性剂辅助Mg-δ掺杂技术，在AlGaN缓冲层上生长了具有In表面活性剂的p型AlGaN/GaN超晶格。对于每个Mg-δ掺杂循环，首先沉积了厚度为20 nm的GaN层，接着进行10 s NH3吹扫。之后，将Cp2Mg和NH3通入MOCVD反应室，实施1 min第1次Mg-δ掺杂。随后在GaN层上生长了厚度为40 nm的AlGaN层，再实施10 s NH3吹扫和第2次Mg-δ掺杂。然后进行下一个Mg-δ掺杂循环，且该Mg-δ掺杂循环总数为8次。最后，在p型AlGaN/GaN超晶格上生长了厚度为20 nm的Mg掺杂p型GaN盖帽层。为了进行对比研究，除TMIn摩尔流量外，其余的生长工艺参数保持不变，且Cp2Mg摩尔流量恒定为0.53μmol/min。样品A为采用常规Mg-δ掺杂技术和MOCVD技术生长的p型AlGaN/GaN超晶格；样品B为采用In表面活性剂辅助Mg-δ掺杂技术和MOCVD技术生长的p型AlGaN/GaN超晶格，且优化TMIn摩尔流量为1.94μmol/min。图1为样品A和B在1个MOCVD生长周期内Mg-δ掺杂工艺方案示意图，图中(1)和(4)分别为GaN层生长90 s和AlGaN层生长240 s,(2)和(5)为吹扫10 s,(3)和(6)为Mg-δ掺杂60 s。样品A和B的层结构示意图如图2所示。图2 样品A和B的层结构示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]高电导率p型AlGaN材料[J]. 罗伟科,李忠辉,孔岑,杨乾坤,杨峰. 固体电子学研究与进展. 2019(05)
[2]低源流量Delta掺杂p型GaN外延薄膜的研究[J]. 王凯,邢艳辉,韩军,赵康康,郭立建,于保宁,李影智. 半导体光电. 2016(02)
本文编号：3338884
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