AlN插入层调控MOVPE硅基GaN外延的晶体质量演变与应力平衡机制研究

本文系统综述了AlN插入层在MOVPE（金属有机气相外积）技术制备GaN-on-Si（硅基氮化镓）过程中对晶体质量与应力演化的关键作用。通过扫描V/III比、生长温度与厚度等参数，揭示了高质量、高弛豫且厚度优化（~6 nm）的AlN插入层在平衡张应力、抑制裂纹和降低位错密度中的核心机制，为高性能功率器件与射频芯片的异质集成提供重要理论支撑。

　　

Highlight

Material and methods

MOVPE（金属有机气相外积）系统、原位曲率监测装置、衬底预处理以及从Si（111）衬底表面到第一层GaN（1st-GaN）的生长流程，与作者先前研究[8]中描述的样本完全一致。本研究中，在高温AlN缓冲层及后续第一层GaN的基础上，生长了三类样本：结构I（含单层AlN插入层）、结构II（含多层插入层）以及结构III（含单层AlN——具体细节因文本截断未完整呈现）。

AlN-interlayer growth V/III ratio series

基于AlN MOVPE的一般生长现象，生长过程中的V/III比在宽范围内的影响远低于生长温度。本研究在V/III比470至9015的宽范围内生长了AlN插入层（AlN-IL）。作者先前研究中，AlN缓冲层的V/III比范围为470至9156。正如预期，上覆GaN的晶体质量几乎保持恒定[8]。因此，本研究重点探讨了V/III比系列中AlN-IL对上覆GaN层应力演化与晶体质量的影响机制。

Conclusions

本研究系统探讨了MOVPE制备硅基GaN（GaN-on-Si）中AlN插入层的应变弛豫行为及其对上覆GaN层晶体质量与应力演化的影响。通过广泛测试AlN-IL的生长V/III比、生长温度与厚度，并结合X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）的晶体质量与形貌表征，以及原位曲率监测记录的曲率转变，得出关于AlN插入层角色与优化形态的结论性阐述。