通过分子束Epitaxy在Si上生长的GaN薄膜的光学,结构和同步龙X射线吸收研究
Zhe Chuan Feng1,2,3, Jiamin Liu1, Deng Xie4
1State Key Laboratory of Intelligent Manufacturing Equipment and Technology, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China.
Materials (Basel, Switzerland)
|June 27, 2024
概括
用等离子体辅助的分子束表使 (Si) 膜上无裂纹化 (GaN) 成为可能. 优化增长为集成电路提供高质量的GaN/Si,通过先进的光谱学证实了这一点.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 固态物理 固态物理
- 半导体技术 半导体技术
背景情况:
- (Si) 上的化 (GaN) 对于将宽带间隙的GaN材料与基于的集成电路 (IC) 集成至关重要.
- 在Si基板上制造高质量的GaN薄膜存在重大材料挑战.
- 等离子体辅助分子束表 (PA-MBE) 为GaN膜生长提供了一种独特的方法.
研究的目的:
- 使用PA-MBE在 (111) 基板上生长和表征无裂纹化 (GaN) 薄膜.
- 优化PA-MBE生长参数,以在Si上获得高质量的GaN.
- 为了研究成长的GaN/Si薄膜的材料特性和电子带结构.
主要方法:
- 在Si (111) 基板上通过等离子体辅助分子束表 (PA-MBE) 增长GaN膜.
- 使用诺马斯基显微镜 (NM),高分辨率X射线衍射 (HR-XRD),可变角光谱圆测量 (VASE),拉曼散射,光发光 (PL) 和同步子辐射 (SR) 接近边缘的X射线吸收细结构 (NEXAFS) 光谱的表征.
- 激发紫外线 (325 nm) 的拉曼光谱和依赖角的NEXAFS在Ga K边缘.
主要成果:
- 在Si (111) 上成功生长了无裂纹的 (w-) GaN薄膜 (180-1500 nm).
- 在700°C的优化PA-MBE增长产生了具有高晶体完美性,强的PL辐射和狭窄的拉曼声波模式的薄膜.
- 观察到低乌尔巴赫能量 (~18 meV) 和清晰的GaN拉曼信号 (没有Si基质干扰). 紫外线拉曼确定了载体度,NEXAFS揭示了导电带异质性.
结论:
- PA-MBE是一种有效的技术,用于在Si上生产高质量,无裂纹的GaN.
- 优化的生长条件导致了优良的材料特性,适合IC集成.
- 先进的光谱技术提供了对GaN/Si材料特性和电子性能的深入分析.
