优化GaN晶体生长

超高温氧气相外延有望简化体GaN晶体生长

来自日本的工程师通过将生长转移到非常高的温度，改善了用氧气相外延法生产的GaN晶体的质量。

他们的成功扩展了氧气相外延技术（OVPE）的前景，与现有的HPVE相比，OVPE具有一些优势。

与HVPE相比，OVPE的优点包括不存在固体副产物，如NH4Cl，并且由于加入了高浓度的氧气（作为施主），可以生产出高载流子浓度和低电阻率的材料。

日本团队发言人大阪大学的Shigeyoshi Usami告诉 ，最新突破的关键是建立预生长技术。

Usami解释道：“由于GaN在1300℃下分解，所以在如此高的温度下生长非常困难。”

然而，Usami说，通过引入预生长过程，他和他的同事现在可以抑制籽晶的分解，并在1300℃下生长GaN。

当这些工程师之前被限制在1250℃的生长温度下时，他们以大约100 µm/hr的生长速度生产出多晶GaN。当把温度提高到1300℃时，就几乎消除了多晶，同时使生长速度加倍。

在OVPE中，氧化镓和氨反应生成GaN；水和氢是副产品。气态氧化镓是通过氧化镓颗粒形成的。

为了生产体GaN，氧化镓和氨被引导到GaN籽晶，籽晶被放置在生长区中，并用电阻加热系统加热（见图）。

一旦籽晶的温度超过500℃，氨就会直接作用于其表面，以防止氮化镓分解。然而，籽晶温度高达1300℃还不够。在该温度下，在籽晶和外延层之间的界面上会形成空洞。

在这项最新的研究中，Usami及其同事表明，在加热期间引入Ga₂O₃气体可以防止籽晶在1300℃时分解。最初的成功来自于在1200℃和1250℃使用2.1 sccm的Ga₂O₃流量，在超过1250℃至1300℃范围之前增加到4.2 sccm。

扫描电子显微镜图像显示，在这些条件下生长的GaN在籽晶和外延层之间的界面上没有大凹坑、多晶和空洞。这些发现表明，Ga₂O₃气流阻止了GaN生长之前籽晶的分解。

第二组实验考虑了温度对高生长速率下多晶程度的影响。研究人员比较了1200 ℃，无任何Ga₂O₃气体的预生长流；在1250 ℃生长，当在1200℃和1250℃之间加热时，使用2.1 sccm的Ga₂O₃流速 ；以及之前用于1300℃的生长条件。

本研究期间产生的许多样品的扫描电子显微镜图像显示，在1200℃和1250℃时，GaN生长过程中Ga₂O₃气体流量越大，多晶程度越大。然而，在1300℃多晶密度不随Ga₂O₃气体流量的增加而增加，在195µm/hr的生长速度下可以制备出几乎没有多晶的GaN。

Usami认为有可能在更高的温度下生长GaN，例如1350℃，这将有助于加速生长。

“但是，温度越高，分解越严重，因此有必要精确优化预生长条件。”

该团队的目标是实现超过1 mm/hr的生长速度。

参考文献

A. Shimiz et al. Appl. Phys. Express 15 035503

Picture Caption: With oxygen vapour phase epitaxy, GaN is produced by reacting gallium oxide and ammonia. Water and hydrogen are by-products.

声明：本篇文章属于原创，拒绝转载，如果需要转载，请联系我们，联系电话：0755-25988571。