通过采用低温和高温交替技术的多层结构在蓝宝石上外延生长AlN膜

根据给定文件信息，文章标题为“通过采用低温和高温交替技术的多层结构在蓝宝石上外延生长AlN膜”，描述为“通过采用低温和高温交替技术的多层结构在蓝宝石上外延生长AlN膜”，以及部分内容中涉及了关于AlN薄膜的外延生长技术及其应用，下面是对这些信息进行详细知识点梳理。 文章讨论了在蓝宝石基底上外延生长AlN薄膜的技术。AlN是一种重要的半导体材料，其高禁带宽度和良好的热导性能使其在深紫外（DUV）光电子器件中有广泛的应用前景。由于本体AlN存在尺寸小、价格高的局限性，人们通常采用异质外延的方式在如蓝宝石、SiC等外来基底上生长AlN薄膜。 为了提高AlN薄膜的质量，文章提出了一种低温和高温交替生长的多层结构方法。这种技术通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）工艺实现，具体是交替进行低温（LT）和高温（HT）生长周期。研究发现，这种交替技术可以显著改善薄膜的表面形貌和晶体质量，X射线衍射（XRD）测量得到的ω扫描半高宽值较小，分别为311和548弧秒，对应于(0002)和(10-12)衍射峰。这表明，交替的三维（3D）和二维（2D）生长模式有助于改善AlN薄膜的晶体质量。 在研究中，通过三个交替周期的实验表明，首次的3D到2D的生长周期对降低穿透位错密度（threading dislocation, TD）起到了主要作用，而第二和第三周期则主要负责拉伸应力的松弛。这种应力松弛对于制备高质量的AlN模板至关重要，因为AlN模板的表面形态和缺陷密度直接影响着AlGaN薄膜以及DUV器件上层量子阱活性层的质量。 外延生长是半导体材料加工中的关键工艺，它能够获得具有特定晶体取向和良好结晶质量的薄膜。文中提到的多层结构的设计思想是基于生长过程中3D和2D生长模式之间的交替。在低温阶段，3D岛状生长模式占主导，随后的高温阶段则促进了2D层状生长模式的发展。这种交替模式有助于减少缺陷和改善晶体质量。 蓝宝石基底因其对紫外光的透明性和低成本的优势，成为AlN外延生长的首选基底。在外延生长AlN膜时，需要严格控制生长参数，如温度、气体流量和压力等，以达到所需的薄膜质量。 在外延生长AlN薄膜的过程中，缺陷密度是衡量薄膜质量的重要指标之一。在异质外延时，由于基底与薄膜材料之间存在晶格失配，通常会导致较高的缺陷密度，如位错等。因此，如何有效减少缺陷密度，尤其是在异质界面处，是提高AlN薄膜质量的关键。 对于AlN薄膜的研究不仅有学术意义，也具有重要的工业应用价值。AlN薄膜因其优异的物理和化学性质，在制造深紫外LED、激光二极管、电子器件及高温电子应用中扮演着重要角色。这些器件能够用于光刻、生物医学、通信和环境监测等领域，具有广阔的市场前景。 总结来说，这篇文章探讨了低温和高温交替技术在AlN薄膜外延生长中的应用及其对晶体质量的影响。通过对生长过程中的控制，可以显著改善薄膜的质量，进而为制备高质量的深紫外光电子器件提供可能。这一研究不仅为学术界提供了宝贵的数据和见解，也为工业界提供了实用的技术指导。