理解AlScN/GaN异质结构中的界面

摘要：铝铟氮化物障碍层增加了氮化镓基高电子迁移率晶体管中可用的面电荷载流子密度，并提升了高频放大器和高压开关的输出功率。由于传统铟前驱体Cp 3 Sc的低蒸气压，铝铟氮化物的金属有机化学气相沉积生长面临挑战，这导致铝铟氮化物的生长速率低，并导致热诱导的AlScN/GaN界面退化。在本研究中，采用新型铟前驱体以通过提高铝铟氮化物层的生长速率来减少热预算。通过高分辨率X射线衍射、高分辨率透射电子显微镜、飞行时间二次离子质谱、容量-电压、电流-电压和温度依赖的霍尔测量研究AlScN/GaN界面。在生长速率为0.015 nms −1时，形成具有应变诱导堆垛错、边缘和螺旋位错的线性梯度中间层。生长速率为0.034 nms −1及以上使得形成突变界面成为可能，但障碍层中仍存在成分梯度。在生长速率为0.067 nms −1或通过生长AlN中间层时，可以实现均匀障碍层。异质结构的电气特性对顶层/障碍层界面的铟积累、前驱体合成的残留杂质和表面粗糙度非常敏感。本研究为高性能器件铺平了道路。