Thermal Annealing of AlN Thin Films Fabricated by Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition for GaN Epitaxy

摘要

III-nitridit, kuten alumiini-, gallium- ja indiumnitridi (AlN, GaN, InN) sekä niiden yhdisteet, valmistetaan tyypillisesti safiirialustakiteille. Tässä työssä perehdytään mahdollisuuksiin korvata safiiri piillä alustamateriaalina. Piin etuina safiiriin nähden on sen lämmön- ja sähkönjohtavuus. III-nitridien valmistaminen piikiekoille vähentäisi III-nitridipohjaisten komponenttien valmistuskustannuksia sekä mahdollistaisi perinteisen piiteknologian integroimisen III-nitridipohjaisiin komponentteihin. Piin päälle valmistettavien III-nitridikerrosten valmistus aloitetaan tyypillisesti hilavakioiden eroja kompensoivan AlN-kerroksen valmistamisella. Työssä tutkittiin piin päälle plasma-avusteisella atomikerrosvalmistusmenetelmällä (PEALD, plasma-enhanced atomic layer deposition) valmistetun AlN-kalvon soveltuvuutta GaN:n valmistusalustana. AlN-kalvoja valmistettiin eri kidesuunnan omaaville piikiekoille ja tutkittiin lämpökäsittelyn vaikutusta niiden ominaisuuksiin. Kalvoja lämpökäsiteltiin eri lämpötiloissa sekä pikauunilla (RTP, rapid thermal processor) että perinteisellä putkiuunilla (CTF, conventional tube furnace). Tutkimuksen päätteeksi AlN-kalvon päälle valmistettiin GaN-kalvo metallo-orgaanisella kaasufaasiepitaksialla (MOVPE, metallo-organic vapor phase epitaxy) ja tutkittiin valmistetun GaN-kalvon ominaisuuksia. Valmistetut AlN-kalvot olivat noin 200 nm paksuja ja niiden todettiin olevan amorfisia röntgendiffraktiomittausten (XRD, X-ray diffraction) perusteella. Valmistetuissa kalvoissa ei havaittu reikiä eikä säröjä. Lämpökäsittelyn jälkeen kalvoissa havaittiin säröjä. Kalvot säilyttivät amorfisen luonteensa lämpökäsittelyssä. MOVPE:lla valmistetut GaN-kalvot olivat erittäin karheita sekä monikiteisiä.