通过原子层退火和低温外延生长的纳米级GaN外延层

摘要： 半导体与衬底之间存在较大热失配和晶格失配的异质外延生长是实现高质量外延层的关键难题。传统金属有机化学气相沉积法通常需要超过1000°C的高温才能获得优质GaN外延层。本研究通过原子层退火外延技术(ALAE)，在300°C的低温条件下实现了高质量GaN异质外延生长。该方法在原子层沉积每个循环中引入低等离子体功率的逐层原位He/Ar等离子体处理，从而产生有效退火效应显著提升GaN晶体质量。由于氦元素融入氩等离子体产生的彭宁效应，GaN晶体质量得到显著改善。高分辨透射电镜、纳米束电子衍射和原子力显微镜分析显示形成了高质量的纳米级单晶GaN异质外延层并具有极光滑表面。X射线摇摆曲线半高宽低至168角秒。这种低温ALAE技术对于制备高性能固态照明、太阳能电池和高功率电子器件等可持续节能高效设备所需的优质纳米级GaN外延层具有重要价值。