GaN基材料的低温外延技术余佳东,罗毅*,汪莱,王健,郝智彪,孙长征,韩彦军,熊兵,李洪涛北京信息科学与技术国家研究中心,清华大学电子工程系,北京100084*联系人,E-mail:luoy@tsinghua.edu.cn2022-06-11收稿,2022-07-22修回,2022-07-25接受,2022-07-26网络版发表国家重点研发计划(2017YFA0205800)和国家自然科学基金(61904093,62150027,61974080,61822404,61975093,61991443,61927811,61875104)资助摘要GaN基半导体材料的禁带宽度覆盖了整个可见光波段,且其具有优良的物理化学特性,因而被广泛应用于光电子器件、电力电子器件及射频微波器件的制备.传统的GaN基材料通常是利用金属有机物化学气相沉积、分子束外延或氢化物气相外延等在蓝宝石、硅或碳化硅等耐高温的单晶衬底上外延生长得到.这些外延生长技术通常采用高温来裂解参与反应的前驱体.随着信息化和智能化的变革不断深入,催生出了对核心光(电)子器件的低成本和柔性化等共性需求.廉价且易于大面积制备的非晶衬底(玻璃、塑料、金属、聚对苯二甲酸乙二醇酯(poly-ethyleneterephthalate,PET)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)等)是较为理想的选择,但非晶衬底的一个显著缺点是不能耐受较高的生长温度.由此催生出了GaN基材料低温外延的需求,即需要一类在低温下可以利用外电场能量裂解反应前驱体的外延设备.到目前为止,人们基于物理气相沉积和化学气相沉积的基本原理已经开发出了多种低温外延技术,取得了初步的研究结果.本文分别对这两类低温外延技术进行详细介绍,包括设备结构、工作条件和相关的外延生长结果,总结各类技术的特点.最后,对低温外延技术的发展前景作了展望,指出未来研究需要关注的重点.关键词GaN基材料,低温外延,外场耦合裂解,物理气相沉积,化学气相沉积以氮化镓(GaN)为代表的III族氮化物作为一类宽禁带的第三代半导体材料,其禁带宽度可以覆盖整个可见光波段[1],且具有击穿场强大、热导率高、热稳定性强、电子饱和漂移速率大、抗辐照能力强等优异性能[2],已经被广泛应用于各类光电子器件(如发光二极管[3]、激光器[4]、太阳能电池[5]、光探测器[6]、光学频率梳[7])和电子器件(高电子迁移率晶体管[8]、异质结双极晶体管[9]、场效应晶体管[10]、薄膜晶体管[11]、声表面波滤波器[12])的制备.目前GaN基器件在半导体照明、固态紫外光源、太阳能光伏、激光显示、柔性显示屏、移动通信、电源、新能源汽车、智能电网等产业得到了广泛的应用,技术和市场都日趋成熟.GaN基材料的外延生长历史...
