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4H-SiC衬底表面台阶宽度对GaN晶体质量的影响

    本篇文章中,将GaN薄膜生长在具有不同表面台阶宽度的4H-SiC衬底上,并且通过X射线衍射(XRD)方法研究了台阶宽度对GaN晶体质量的影响。结果表明,不同的表面台阶宽度对GaN薄膜的(0 0 2)和(1 0 2)半高宽(FWHM)有很大影响。这主要是由于AlN的成核和合并机制与表面台阶宽度密切相关,导致后续生长的GaN薄膜中穿透位错的密度不同。

图1:在SiC衬底上生长GaN薄膜的示意图

图2:具有不同步长的SiC衬底表面的AFM图像

具有不同步长的SiC衬底的AFM表面形态如图2所示。衬底的表面粗糙度均接近0.09-0.1nm。原子表面都非常清晰,表明衬底均进行了良好的表面化学机械抛光(CMP)。通过台阶宽度的测量,结果如表1所示,显然,台阶宽度从a-f依次减小。

表1:台阶宽度测量结果

图3:SiC上的GaN的(0 0 2) and (1 0 2)半高宽

GaN薄膜的(0 0 2)FWHM和(1 0 2)FWHM如图3所示。显然,当步长为0.67μm时,GaN(0 0 2)和(1 0 2)的FWHM 都是最小的,这表明GaN中的位错密度最低。随着台阶宽度变窄,(0 0 2)FWHM变大,而(1 0 2)FWHM则是先变大,然后保持基本恒定。这表示当台阶宽度低于0.314μm时,螺位错密度与台阶宽度无关。当步长达到1.543μm时,GaN的(0 0 2)FWHM和(1 0 2)FWHM变得更宽,意味着在GaN薄膜中产生更多的穿透位错。

通过本文,我们可以得到如果想要进一步改善SiC上的GaN薄膜的质量,SiC衬底的表面台阶宽度是要考虑的重要因素。


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