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通过有效控制AlN薄膜与Si衬底之间的界面反应#xff0c;利用脉冲激光沉积#xff08;PLD#xff09;在Si衬底上生长高质量的AlN外延薄膜。英思特对PLD生长的AlN/Si异质界面的表面形貌、晶体质量和界面性能进行了系统研究。
我们研究发现#xff0c;高温生长过程中形…引言
通过有效控制AlN薄膜与Si衬底之间的界面反应利用脉冲激光沉积PLD在Si衬底上生长高质量的AlN外延薄膜。英思特对PLD生长的AlN/Si异质界面的表面形貌、晶体质量和界面性能进行了系统研究。
我们研究发现高温生长过程中形成非晶SiAlN界面层这是由于高温生长过程中烧蚀AlN靶材时衬底扩散的Si原子与脉冲激光产生的AlN等离子体之间发生了严重的界面反应所致。相反通过在合适的生长温度下有效控制界面反应可以实现突变且尖锐的AlN/Si异质界面。
因此英思特提出了通过PLD将界面层从非晶SiAlN层演变为突变且尖锐的AlN/Si异质界面的机制。通过PLD生长的AlN薄膜获得突变界面和平坦表面的工作对于高质量AlN基器件在Si衬底上的应用至关重要。
实验与讨论
使用H2SO4:H2O2:H2O(3:1:1)和缓冲氧化物蚀刻(BOE)HF(20:1)清洁收到的2英寸 Si(111) 基板以获得无氧化物且氢封端的Si表面。随后将清洁后的Si111衬底在背景压力为1.0×10-8 Torr的超高真空UHV负载锁中脱气然后 转移到背景压力为1.0×10-8Torr的生长室中。在外延生长之前脱气后的Si(111)衬底在850℃下进行60分钟的退火以去除残留的表面污染物并为后续沉积获得原子级平坦的Si(111)表面。
在外延生长过程中我们通过KrF准分子激光λ 248 nmt 20ns烧蚀高纯度 AlN (4N)靶材生长出厚度范围为~6–300nm的AlN薄膜。采用PLD法在Si(111)衬底上生长AlN薄膜示意图如图1所示。 图1通过PLD在Si111衬底上的AlN薄膜的外延生长示意图
英思特采用RHEED测量来监测整个过程的生长过程。图2显示了在750℃下Si衬底上生长的AlN薄膜的照片显示了在不同生长温度下生长的 AlN 薄膜的RHEED图案。很明显在850℃退火60分钟后可以在Si方向上识别出尖锐的条纹图案这与退火工艺之前形成鲜明对比。随后我们在退火后的Si衬底上生长AlN膜。在 850℃高温下生长约6nm厚的薄膜后实验发现几乎无法识别 RHEED 图案这表明发现了非常差的薄膜。这意味着生长出了表面相对粗糙的单晶AlN薄膜。如果在低温800-700℃下生长AlN薄膜也可以获得单晶AlN薄膜。 图2
生长温度对 AlN 薄膜的结晶质量有重大影响。晶体生长温度的变化趋势与表面形貌的变化趋势非常一致。
结论
根据实验英思特提出了通过PLD将界面层从非晶SiAlN和层演化为突变且尖锐的 AlN/Si异质界面的机制。这项通过PLD生长的AlN薄膜获得突变界面和平坦表面的工作对于高质量AlN基器件在Si衬底上的应用具有重要意义。因此英思特提出了通过PLD将界面层从非晶SiAlN和层演化为突变且尖锐的AlN/Si异质界面的机制
