在半导体材料中,点缺陷常常会影响器件的性能和可靠性,点缺陷包含空位、络合物以及中间物等。点缺陷在外延材料生长中似乎不可避免,我们总想把点缺陷消灭掉,其实很难。如果,我们不能完全消灭掉Ga空位以及N空位等点缺陷,那么我们可不可以利用这些点缺陷呢?
接下笔者要介绍的就是关于利用点缺陷工程,通过引入Ga空位,实现GaN材料中的位错倾角和湮灭,从而达到高质量的外延层。
引入Ga空位采用的方法为:富氮条件,高V/III比(约为4534),Ga的过饱和度大大降低。在生长过程中,表面多余的N原子会阻止进入的TMG的附着位点,Ga晶格点留空,致使Ga空位大量形成。
采用正电子湮灭光谱(PAS),观察Ga空位的引入情况。
(a)空位工程样品的生长示意图。通过调整TMGa和氨的流速(V/III摩尔比)来引入Ga空位。(b) S参数作为正电子能量的函数的氮化镓层。增加的S参数表明,采用空位工程可以加入更多的Ga空位。
TEM测试显示,引入Ga空位在AlGaN/GaN界面附近的位错呈大角度倾斜,甚至水平倾斜,大部分的位错在AlGaN/GaN界面上湮灭,只留下少数的位错传播到上氮化镓层。而常规样品位错较多,位错以小角度倾斜,且往上延伸。
同时,引入Ga空位的GaN材料,XRD测试其半宽也明显较小。