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技术 | Technology – GaN | Technology – GaN
技术
六方晶系结构（参见图 1，它与普通宽带隙六方 相 Nb 2 N 薄膜生长具有里程碑式的意义，但更大
晶系结构材料的细节比较）。 的挑战依然存在 ：Nb 2 N 是否能与 III-N 器件异质
除了它们具有相似的晶体结构和阴离子外， 结构相兼容，以拓展它的功能，而不会影响到后
Nb 2 N 和其他 III-N 材料几乎没有共同之处。GaN 续 III-N 层的材料质量和电气性能呢？幸运的是，
在晶体生长期间有着很高的热动力学稳定性，其 我们的工作表明，可以在 Nb 2 N / SiC 模板上生长
镓 - 氮原子比的变化范围可以很大。而 Nb-N 化 出具有高结晶性和电学性能的 AlN 和 GaN 异质
合物族具有多达九个不同的相，使得所需的 β 相 结构，这些膜层质量都与在 SiC 上直接生长时相
的生长变得非常困难，将高度依赖于化学计量比。 类似。
更为棘手的是，Nb 的熔点高于 2500℃，这一温 一个实例可以证明生长具有器件质量外延
度显著超过 MBE 的使用温度上限 2000℃。 层的可行性，我们在 Nb 2 N / 6H-SiC（硅表面）
但令人值得欣喜的是，MBE 生长并不发生 上生长高性能 N 极性 GaN / Al 0.4 Ga 0.6 N 来制作
在热力学平衡过程中，这就为通过生长动力学来 HEMT。这种器件结构具有很好的二维电子气
扩展单 β 相 Nb 2 N 薄膜的生长窗口提供了可能。 性能 ：薄层电阻为 350Ω/ sq，薄层载流子浓度
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我们采用了配有电子束蒸发源的等离子辅助氮化 为 1.30×10 cm ，霍尔迁移率为 1400cm / Vs。
物 MBE 系统来实现这一过程。借助这一生长设 与直接 在 6H-SiC（ 碳表面） 上生长的 N 极性
备，我们就可以克服常规 MBE 中喷发单元的温 HEMT 器件结构相比，其迁移率的变化在 10% 以
度限制问题，能够产生足够的金属 Nb 通量，以 内。
灵活地控制该材料的生长动力学过程。在 MBE 有趣的是，在硅面 SiC 上金属极性薄膜的标
生长技术上的大量开发工作和材料表征手段使 准生长条件有可能适用于在 Nb 2 N 上来生长 N- 极
我们能在 775℃到 850℃温度区间在 SiC 性薄膜。通过调整 Nb 2 N 上的 AlN 成核层的
衬底上生长出光滑的单 β 相 Nb 2 N 生长参数，就可以实现极性控制并获
膜层，该生长温度与标准 MBE 得金属极性的取向。
的 III-N 族化合物生长温度条件
完全相兼容。
虽然在 SiC 衬底上实现 β
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化合物半导体 2017年第4期 2017年第4期
