SiC基Al极性AlN外延薄膜
氮化铝（AlN）通常在硅、蓝宝石和碳化硅（SiC）衬底之上实现生长。其中，鉴于其与 AlN 所呈现出最小的晶格和热匹配状况，SiC 衬底被认定为最理想的衬底。于各类 SiC晶型当中，在电子应用领域最为常见的多晶型为 4H-SiC 和 6H-SiC。和 6H-SiC 相较而言，4H-SiC 拥有出色的电子迁移率，该特性对于高电子迁移率晶体管极为关键。从传统角度来看，AlN 凭借金属有机化学气相沉积（MOCVD）以及分子束外延（MBE）于高于 900℃的高温条件下生长，以获取高结晶度的外延层。然而，这些高温生长技术会导致 AlN/SiC 异质界面处缺陷的生成而遭遇挑战，以致在 AlN 生长于 SiC 之上时，产生了高达 108cm2 的高穿透位错密度。基于此，更多的研究以 SiC 作为衬底通过 PVT 手段来生长 AlN 薄膜。可供SiC基Al极性AlN薄膜，晶片参数如下：
1. SiC基AlN薄膜
CS240411 – ALN
SiC基Al极化AlN薄膜
直径：2英寸
AlN厚度：800nm
注：使用SiC衬底生长AlN薄膜时，Si表面将比C表面生长得更好，生长的正面是Al，背面是N；离轴衬底（阶梯流）也有利于减少缺陷。
2. SiC衬底外延AlN薄膜的优势
碳化硅衬底上生长氮化铝薄膜具有以下优点：
1）热管理：SiC衬底具有极高的热导率（约为硅的4-5倍），这使其非常适合需要高效散热的应用。当AlN在SiC上生长时，它继承了这种热导率，从而允许在高功率电子和光电子器件中进行有效的热管理；
2）晶格匹配：AlN和SiC具有相对良好的晶格匹配，晶格失配较小，这减少了外延层中的缺陷和应变。这导致了具有改进的结构完整性和器件性能的高质量薄膜；
3）高击穿场：SiC表现出高击穿电场，这对高压器件有利。当AlN在SiC上生长时，它可以提高电子元件的击穿电压和可靠性，使其适用于电力电子应用。
4）光电子性能：AlN具有较宽的带隙（~6.2eV），这使其适用于LED和光电探测器等紫外线（UV）光电子器件。SiC上的AlN外延可以提供一个具有最小缺陷的稳定平台，从而实现高性能UV器件的开发；
5）与GaN的兼容性：SiC衬底上的AlN薄膜通常用作GaN基器件的缓冲层。AlN/SiC的组合为生长高质量的GaN层提供了合适的晶格匹配和热性能，这对于电信和电力电子中的高频和高功率应用至关重要；
6）降低位错密度：SiC衬底的使用有助于降低AlN外延层中的位错密度。这对于保持器件结构的完整性和改善其电学和光学性能至关重要。
这些特性使得AlN/SiC平台对于广泛的电子和光电子应用具有高度吸引力。
3. SiC衬底极性对AlN单晶生长和性能的影响
有研究团队在体 AlN 单晶的 PVT 生长中，使用了两种对称不等价的 SiC 衬底取向，即 (0001)Si 终止面和 (000-1)C 终止面。在 Si 面上生长的 AlN总是表现出 Al 极性生长面。在 SiC 衬底的 (000-1)C 端面进行 AlN 生长，获得的是 N 极性生长面。在AlN晶体和C表面衬底之间观察到突变界面，这与在Si表面上形成六边形SiC山丘的生长形成对比。C表面上的生长通常以多点成核为主。即使在高度偏离的SiC衬底上，应用类似的过饱和条件也可以导致从Si到C的阶梯流生长，从而产生螺旋生长模式。
在 SiC 衬底上获得的 AlN 薄膜的宽 X 射线衍射摇摆曲线(半峰全宽~380 弧秒)表明存在更多的错配位错和显著的错配应力。此外，在 C 面上生长的晶体中观察到了极性反转。尽管在 C 面上生长的晶体的结构性能不如在 Si 面上生长的晶体结构性能呢，但发现无意掺入的 Si 杂质含量较低(<2wt%)。
图 1 显示了通过 PVT 在具有不同极性的 SiC 衬底上制备的 AlN 薄膜的性能，并将其与自成核或同质外延的最佳报告值进行了比较。
图1 PVT制备的不同极性SiC衬底上AlN薄膜的性质
更多AlN薄膜信息或疑问，请邮件咨询：vp@honestgroup.cn
参考文献
R,R,Sumathi,et al.Role of SiC substrate polarity on the growth and properties of bulk AlN single crystals[J].Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2014, 25(9):3733-3741.DOI:10.1007/s10854-014-2083-z.