4H-SiC衬底表面台阶宽度对GaN薄膜质量的影响

4H-SiC衬底表面台阶宽度对GaN薄膜质量的影响

本篇文章中，将GaN薄膜生长在具有不同表面台阶宽度的4H-SiC衬底上，并且通过X射线衍射（XRD）方法研究了台阶宽度对GaN薄膜质量的影响。结果表明，不同的表面台阶宽度对GaN薄膜的（0 0 2）和（1 0 2）半高宽（FWHM）有很大影响。这主要是由于AlN的成核和合并机制与表面台阶宽度密切相关，导致后续生长的GaN薄膜中穿透位错的密度不同。

图1：在SiC衬底上生长GaN薄膜的示意图

图2：具有不同步长的SiC衬底表面的AFM图像

具有不同步长的SiC衬底的AFM表面形态如图2所示。衬底的表面粗糙度均接近0.09-0.1nm。原子表面都非常清晰，表明衬底均进行了良好的表面化学机械抛光（CMP）。通过台阶宽度的测量，结果如表1所示，显然，台阶宽度从a-f依次减小。

表1：台阶宽度测量结果

图3：SiC上的GaN的(0 0 2) and (1 0 2)半高宽

GaN薄膜的（0 0 2）FWHM和（1 0 2）FWHM如图3所示。显然，当步长为0.67μm时，GaN（0 0 2）和（1 0 2）的FWHM 都是最小的，这表明GaN中的位错密度最低。随着台阶宽度变窄，（0 0 2）FWHM变大，而（1 0 2）FWHM则是先变大，然后保持基本恒定。这表示当台阶宽度低于0.314μm时，螺位错密度与台阶宽度无关。当步长达到1.543μm时，GaN的（0 0 2）FWHM和（1 0 2）FWHM变得更宽，意味着在GaN薄膜中产生更多的穿透位错。

通过本文，我们可以得到如果想要进一步改善SiC上的GaN薄膜的质量，SiC衬底的表面台阶宽度是要考虑的重要因素。