近年來(lái)，隨著薄膜制備技術(shù)的發(fā)展和制備設(shè)備的改善氮化鎵(GaN)基器件在學(xué)術(shù)和商業(yè)上的應(yīng)用都有很大的進(jìn)展 作為第三代半導(dǎo)體的代表性材料，GaN材料有大禁帶寬度、很高的飽和電子漂移速率、高擊穿電場(chǎng)、強(qiáng)抗腐蝕性、高熔點(diǎn)、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好和高熱導(dǎo)率等特性 因此，GaN的制備方法、理論探索和應(yīng)用研究都備受關(guān)注，也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn) 由于缺少天然襯底，生長(zhǎng)GaN薄膜通常使用藍(lán)寶石(Al2O3)或碳化硅(SiC)襯底 與這些襯底材料相比，硅(Si)具有導(dǎo)熱性高、導(dǎo)電性高、尺寸大、可用性強(qiáng)以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有前途的襯底材料 但是，與藍(lán)寶石和SiC襯底相比，Si與GaN之間的晶格失配更大(17%)、熱失配更高(56%)，限制了它的應(yīng)用 在外延生長(zhǎng)過程中，高晶格失配使GaN薄膜的缺陷密度高；在外延生長(zhǎng)結(jié)束后的降溫過程中，高熱失配使GaN薄膜產(chǎn)生更大的張應(yīng)力，從而產(chǎn)生大量裂紋 同時(shí)，外延生長(zhǎng)的溫度很高，使襯底的Si原子擴(kuò)散到GaN外延層并與Ga原子反應(yīng)生成Ga-Si共晶合金，從而使Si表面出現(xiàn)空洞 這種強(qiáng)烈而快速的刻蝕反應(yīng)，通常稱為“熔融反刻蝕”[1] 由此可見，在Si襯底上異質(zhì)外延生長(zhǎng)GaN薄膜的困難比在藍(lán)寶石或SiC襯底上生長(zhǎng)大得多 為了制備高質(zhì)量、無(wú)裂紋的GaN薄膜，文章[2~7]針對(duì)緩沖層的材料選擇和膜層設(shè)計(jì)提出了幾種方法，包括用圖案化襯底引導(dǎo)Si襯底掩模或刻蝕部分的裂紋[2]、襯底工程[3]和引入高溫(HT)AlN緩沖層[4]與低溫(LT)進(jìn)行拉應(yīng)力補(bǔ)償AlN中間層[5]、Al GaN中間層[6]或Al(Ga)N/GaN多層膜[7] 另外，采用Si的delta摻雜技術(shù)可緩解Si與GaN之間的晶格失配度并產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，從而降低外延生長(zhǎng)過程中生成的位錯(cuò)密度并減小冷卻過程中產(chǎn)生的張應(yīng)力 這些技術(shù)可以緩解或消除裂紋，從而提高GaN外延層的結(jié)晶質(zhì)量[8] 但是，裂紋問題仍然沒有徹底解決，GaN外延層的結(jié)晶質(zhì)量不能滿足高質(zhì)量芯片的要求 由于AlN與GaN材料具有較高的結(jié)構(gòu)相似性，可用AlN作緩沖層在Si襯底生長(zhǎng)GaN [9] 而Al預(yù)沉積層決定AlN緩沖層的質(zhì)量，并進(jìn)而影響GaN外延層的質(zhì)量[9-11] 鑒于此，本文研究Al預(yù)沉積層對(duì)AlN緩沖層和GaN外延層的影響并給出Al預(yù)沉積層的最佳生長(zhǎng)參數(shù) 1 實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)用樣品在Aixtron G4 2800 HT型金