人工晶体学报 ›› 2025, Vol. 54 ›› Issue (8): 1417-1425.DOI: 10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0030
梁礼峰1,2(
), 郁鑫鑫1, 李忠辉1, 刘金龙2, 李成明2, 王鑫华3, 魏俊俊2(
)
LIANG Lifeng1,2(
), YU Xinxin1, LI Zhonghui1, LIU Jinlong2, LI Chengming2, WANG Xinhua3, WEI Junjun2(
)
摘要: GaN表面生长金刚石钝化膜可用于改善器件传热能力,提升器件功率特性及可靠性。在GaN和金刚石层中间的介质层,对于实现高质量的GaN表面金刚石(Diamond-on-GaN)至关重要。本研究采用原子层沉积(ALD)技术在GaN表面预先沉积了10 nm的晶态/非晶态混合的AlN介质层,并通过氧终端金刚石悬浮液在AlN层上实现了高密度静电自组装播种;随后通过优化的微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)工艺再生长约120 nm厚的纳米晶金刚石(NCD)薄膜。表面氧终端调控的纳米金刚石悬浮液可以在AlN介质层表面实现高密度播种,结合梯度甲烷的MPCVD金刚石生长工艺,制备出了具有高结晶度、低粗糙度(Ra=15.2 nm)和低残余应力(0.84 GPa)的NCD薄膜。时域热反射(TDTR)测量表明,NCD薄膜的热导率约为123.85 W·m-1·K-1,GaN与NCD之间的有效界面热阻(TBReff)为(9.78±0.27) m2·K·GW-1。透射电子显微镜(TEM)分析表明,AlN介质层有效保护了GaN免受等离子体刻蚀,并实现了金刚石和GaN之间的光滑界面。本研究表明,采用薄的ALD AlN作为在GaN表面生长金刚石的介质层可以与氧终端金刚石籽晶实现静电自组装,从而提高金刚石形核密度,再通过梯度甲烷金刚石沉积工艺,能够在GaN上沉积出高质量的NCD薄膜并降低金刚石与GaN的界面热阻。
中图分类号: