新型硅基GaN外延材料的热应力模拟

摘要

采用有限元方法，通过ANSYS软件模拟了体硅衬底上和SOI衬底上生长的GaN外延膜从1100℃的生长温度降到20℃的热应力变化情况。模拟结果表明SOI衬底作为一种柔性衬底，能有效减少异质外延的晶格失配，但是单从热失配的角度，由于引入了热膨胀系数（CET）更小的埋层SiO2，SOI衬底会使得外延层热应力略有增大。为了降低外延层中的热应力，我们结合微机电系统（MEMS）的制造工艺，用深反应离子刻蚀（DRIE）的方法，借助于SOI材料自停止刻蚀的优势，将衬底硅和埋氧去除，使得SOI的超薄顶层硅部分悬空，形成一种新型的SOI衬底。模拟结果表明，这种新型SOI衬底可以将GaN外延层中的热应力降低20％左右。