宽周期掩膜法HVPE侧向外延自支撑GaN的研究

陈王义博，徐 俞，曹 冰，徐 科

(1.苏州大学光电科学与工程学院，苏州纳米科技协同创新中心，苏州 215006；2.江苏省先进光学制造技术重点实验室和教育部现代光学技术重点实验室，苏州 215006；3.中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，苏州 215123)

0 引 言

Ⅲ-V族氮化物是当前十分热门的光电半导体材料之一，氮化镓(GaN)作为其中具有代表性的第三代半导体，具有高禁带宽度、直接带隙、导热性和稳定性好等优点，十分适合制备光电子器件和微波射频器件[1-2]。目前GaN外延主要通过在SiC和蓝宝石等衬底上异质外延获得[3-4]。由于两种材料之间不同的晶格系数和热膨胀率，往往会产生较大的晶格失配和热失配，带来严重的位错和应力[5]，影响器件的性能。侧向外延技术对于GaN生长是一项可以有效降低位错密度的方法[6]。实际上，早在1966年，Shaw等[7]就已经实现了通过氢化物气相外延(HVPE)侧向外延了各向异性的砷化镓(GaAs)单晶，并在一定程度上减少了晶体缺陷。近年来Xiao等[8]采用特殊的部分接触侧向外延技术，将GaN的位错密度降至6.4×103cm-1。这也说明继续研究侧向外延技术对于提高GaN晶体质量有重大意义。在侧向外延技术中，掩膜的厚度、占宽比、周期大小等都对GaN生长有影响。Matsubara等[9]使用具有宽周期窗口的掩膜(窗口宽度200 μm/掩膜宽度10 μm)也得到了低位错密度的GaN，并且研究了GaN中的位错分布。掩膜的宽度、占比等对于GaN生长的影响已经有了一部分研究[10-11]，但相对来说宽周期的掩膜法侧向外延GaN的研究迄今还较少。

本文利用宽周期掩膜法通过HVPE在蓝宝石基GaN衬底上外延GaN。……