李忠輝 羅偉科 楊乾坤 李亮 周建軍 董遜 彭大青 張東國(guó) 潘磊 李傳皓

(南京電子器件研究所,微波毫米波單片集成和模塊電路重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京 210016)

金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積同質(zhì)外延GaN薄膜表面形貌的改善?

李忠輝 羅偉科?楊乾坤 李亮 周建軍 董遜 彭大青 張東國(guó) 潘磊 李傳皓

(南京電子器件研究所,微波毫米波單片集成和模塊電路重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京 210016)

(2016年12月10日收到;2017年3月9日收到修改稿)

為了獲得高質(zhì)量的GaN薄膜材料,研究了金屬有機(jī)物氣相沉積系統(tǒng)中GaN插入層對(duì)GaN襯底同質(zhì)外延層表面宏觀缺陷和晶體質(zhì)量的影響.研究發(fā)現(xiàn),插入層生長(zhǎng)溫度是影響GaN同質(zhì)外延膜表面形貌和晶體質(zhì)量的關(guān)鍵因素.由于生長(zhǎng)模式與插入層生長(zhǎng)溫度相關(guān),隨著插入層生長(zhǎng)溫度的降低,外延膜生長(zhǎng)模式由準(zhǔn)臺(tái)階流模式轉(zhuǎn)變?yōu)閷訝钅Ｊ?GaN同質(zhì)外延膜表面丘壑狀宏觀缺陷逐漸減少,但微觀位錯(cuò)密度逐漸增大.通過(guò)對(duì)插入層溫度和厚度的優(yōu)化,進(jìn)一步調(diào)控外延層的生長(zhǎng)模式,最終有效降低了外延層表面的宏觀缺陷,獲得了表面原子級(jí)光滑平整、位錯(cuò)密度極低的GaN同質(zhì)外延膜,其X射線衍射搖擺曲線(002),(102)晶面半峰寬分別為125 arcsec和85 arcsec,表面粗糙度均方根大小為0.23 nm.

∶金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積,同質(zhì)外延GaN,插入層,生長(zhǎng)模式

PACS∶61.05.cp,61.72.—y,68.55.J—,78.55.CrDOI∶10.7498/aps.66.106101

1 引 言

作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料,GaN不僅具有寬帶隙(3.4 eV),而且還具有熱導(dǎo)率大、電子飽和速率高、擊穿場(chǎng)強(qiáng)大及熱穩(wěn)定性好等特性,因此在制備高溫、高頻、高壓及大功率器件方面?zhèn)涫荜P(guān)注[1?5].基于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)的高電子遷移率晶體管器件還具有大擊穿電壓、高飽和電子速率、高2DEG濃度等優(yōu)良特性[6?8].采用單晶GaN襯底進(jìn)行同質(zhì)外延具有缺陷密度低、無(wú)晶格失陪和熱失陪等優(yōu)點(diǎn),是GaN外延最理想的襯底.然而,由于GaN同質(zhì)襯底制備較為困難,制約了其在GaN外延中的廣泛應(yīng)用.近年來(lái),隨著GaN襯底制備技術(shù)的發(fā)展,多家單位已經(jīng)獲得了自支撐GaN襯底,世界許多大公司和研究機(jī)構(gòu)在同質(zhì)外延GaN器件的技術(shù)方面投入巨大的人力和物力進(jìn)行研究.可以預(yù)見(jiàn),GaN襯底在半導(dǎo)體微電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛.和異質(zhì)外延技術(shù)不同,GaN襯底同質(zhì)外延不受襯底晶格失配的影響,通常不需要進(jìn)行低溫成核層的生長(zhǎng);但由于受襯底表面吸附雜質(zhì)和拋光劃痕、損傷等影響,GaN襯底同質(zhì)外延后表面形成大量金字塔形狀的微結(jié)構(gòu),引起表面起伏,形成丘壑型表面,造成材料表面質(zhì)量下降,影響器件的性能[9?12].因此,GaN襯底同質(zhì)外延技術(shù)中需要開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新工藝以改善外延層表面形貌,降低表面起伏,獲得表面平整光亮的氮化物薄膜.

為了去除襯底表面吸附的雜質(zhì)離子從而獲得潔凈的襯底表面,研究者采用酸溶液化學(xué)腐蝕[13]、反應(yīng)離子刻蝕[14]、原位熱分解[15]等方法對(duì)GaN襯底進(jìn)行生長(zhǎng)預(yù)處理,這些方法在提高同質(zhì)外延膜的晶體質(zhì)量、改善表面形貌方面有一定的效果.為了進(jìn)一步解決同質(zhì)外延形貌的問(wèn)題,有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用晶向偏角為0.4?,0.5?的c面GaN襯底時(shí),能有效抑制表面金字塔形狀的微結(jié)構(gòu)的形成,從而獲得高質(zhì)量的外延層[10,11].與這幾種方法相比,本文提出了一種更簡(jiǎn)單、有效改善外延層表面形貌的方法——中等溫度GaN插入層(IM-GaN),即在GaN高溫生長(zhǎng)前,采用中等溫度(650—900?C)生長(zhǎng)30—150 nm厚的GaN層,然后再進(jìn)行高溫生長(zhǎng).早在2010年,Cho等[16]在氫化物氣相外延系統(tǒng)中采用AlN-藍(lán)寶石模板,通過(guò)引入IM-GaN的方法(生長(zhǎng)溫度900?C,5μm厚)有效地改善了外層的形貌,表面粗糙度均方根(RMS)大小降低了近5倍.2013年,文獻(xiàn)[17]報(bào)道了在兩層高溫AlN薄膜之間引入厚度約20 nm的中等溫度插入層,使AlN外延生長(zhǎng)模式由三維生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槎S生長(zhǎng)模式,從而提高了AlN外延層的表面質(zhì)量.本文在借鑒以上工作的基礎(chǔ)上,將IM-GaN層的方法應(yīng)用到GaN襯底的同質(zhì)外延中,利用IM-GaN引入的層狀生長(zhǎng)模式,改變同質(zhì)外延層的表面形貌.本文著重研究IM-GaN生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)厚度等因素對(duì)外延層表面形貌的影響,同時(shí)將結(jié)合X射線衍射、原子力探針掃描等測(cè)試方法對(duì)IM-GaN層與同質(zhì)外延生長(zhǎng)模式和晶體形貌之間的關(guān)系進(jìn)行深入研究.

2 實(shí) 驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)中的GaN樣品均采用Thomas Swan Scientific Equipment公司的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)系統(tǒng)制備獲得.所使用的襯底為c面半絕緣自支撐GaN襯底,尺寸大小為10 mm×10 mm,襯底厚度約430μm.三甲基鎵(TMGa)作為外延生長(zhǎng)過(guò)程中的Ga源,高純氨氣(NH3)作為N源.GaN襯底經(jīng)過(guò)丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗后,轉(zhuǎn)移入MOCVD系統(tǒng)中,在氨氣氣氛保護(hù)下升溫至1050?C進(jìn)行300 s熱處理;降低反應(yīng)室溫度至650—1000?C,進(jìn)行IM-GaN生長(zhǎng);然后,再升溫至1050?C進(jìn)行高溫GaN(HT-GaN)外延,生長(zhǎng)壓力為300 Torr,N源和Ga源摩爾量V/III比為2500.為了對(duì)比分析IM-GaN層生長(zhǎng)條件對(duì)外延層形貌和晶體質(zhì)量的影響,采用不同的插入層生長(zhǎng)溫度制備了A—D四個(gè)樣品,其中A,B,C,D樣品的插入層生長(zhǎng)溫度分別為1050,1000,850,650?C,壓強(qiáng)為300 Torr,V/III比為3500,插入層厚度為50 nm.A—D四個(gè)樣品除了插入層生長(zhǎng)溫度不同,其他處理工藝和生長(zhǎng)條件均保持一致.

GaN薄膜的晶體質(zhì)量、表面形貌分別利用高分辨三軸晶X射線衍射(Bruker D8 Discovery,XRD)、低溫光致發(fā)光(325 nm He-Cd激光器,PL)、原子力探針掃描顯微鏡(Digital Instruments Nanoscope III,AFM)和微分相差顯微鏡(Nikon Eclipse LV150 system,DICM)等設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行研究和分析.

3 結(jié)果與討論

圖1是樣品A—D(插入層生長(zhǎng)溫度從1050?C降低到650?C)的表面形貌DICM 圖像,其中插入層厚度為50 nm,外延層厚度均為2μm.如圖1(a)所示,樣品A在GaN襯底上直接進(jìn)行高溫(1050?C)外延生長(zhǎng),從圖中可以觀察到外延膜表面起伏較大,呈現(xiàn)出密集的丘壑狀小山丘和劃痕,該類(lèi)宏觀缺陷將會(huì)影響器件研制,導(dǎo)致器件性能下降.圖1(b)為樣品B的表面形貌,插入層生長(zhǎng)溫度為1000?C,外延膜表面仍然呈現(xiàn)出大量的丘壑狀小山丘和劃痕,其表面形貌與圖1(a)相似,表面質(zhì)量未得到較大改善.將插入層生長(zhǎng)溫度進(jìn)一步降低至850?C(樣品C),測(cè)試發(fā)現(xiàn)表面宏觀缺陷密度顯著下降,如圖1(c)所示.當(dāng)插入層生長(zhǎng)溫度降低至650?C時(shí)(樣品D),測(cè)試發(fā)現(xiàn)外延層表面宏觀缺陷完全消失,樣品呈現(xiàn)光亮平整的表面(見(jiàn)圖1(d)).

圖1 (網(wǎng)刊彩色)不同溫度GaN插入層對(duì)同質(zhì)外延膜表面形貌的影響 (a)—(d)插入層生長(zhǎng)溫度分別為1050?C,1000 ?C,850 ?C,650 ?CFig.1. (color online)Differential interference contrast microscopy(DICM)images of GaN homoepitaxy films with IM-GaN grown on different temperature:(a)1050 ?C;(b)1000 ?C;(c)850 ?C;(d)650 ?C.

為了分析插入層生長(zhǎng)溫度對(duì)樣品晶體質(zhì)量的影響,采用XRD分別對(duì)樣品A—D進(jìn)行搖擺曲線(rocking curves)掃描測(cè)試,其(002)、(102)晶面半峰寬隨著插入層生長(zhǎng)溫度的變化情況如圖2所示.從圖中可以觀察到隨著插入層生長(zhǎng)溫度的降低,(002)、(102)半峰寬線性增加.眾所周知,(002)和(102)半峰寬大小分別反映外延層中螺位錯(cuò)(或者混合位錯(cuò))和刃位錯(cuò)密度的高低[18,19].圖2中半峰寬的增加說(shuō)明外延層中位錯(cuò)缺陷增多,即隨著插入層生長(zhǎng)溫度的降低外延層中位錯(cuò)密度增加.由此可見(jiàn),當(dāng)插入層溫度較高時(shí),能獲得位錯(cuò)密度較低的外延層,但表面起伏大,宏觀缺陷多,表面質(zhì)量較差;當(dāng)插入層溫度較低時(shí),能有效抑制表面宏觀缺陷的形成,表面質(zhì)量高,但會(huì)在外延層中引入較多的位錯(cuò)缺陷,導(dǎo)致晶體質(zhì)量下降.因此,插入層生長(zhǎng)溫度的選擇需要兼顧考慮表面宏觀缺陷密度和位錯(cuò)密度兩者,溫度不宜過(guò)高或者過(guò)低.

為了探究摻入層生長(zhǎng)溫度影響外延層形貌的原因,采用AFM分別測(cè)試了樣品A和樣品D的表面微觀形貌.樣品A(1050?C GaN插入層)表面原子形貌如圖3(a)所示,外延層表面生長(zhǎng)臺(tái)階清晰可見(jiàn),但局部區(qū)域臺(tái)階發(fā)生扭曲、聚并,形成扭曲的臺(tái)階束,外延層生長(zhǎng)模式呈準(zhǔn)臺(tái)階流生長(zhǎng)模式,AFM表面粗糙度RMS大小約0.96 nm(掃描面積為10μm×10μm).樣品D(650?C GaN插入層)表面原子形貌如圖3(b)所示,其外延層表面比樣品A更平整,RMS大小下降到0.59 nm,但生長(zhǎng)臺(tái)階變得彎曲、模糊,同時(shí)還有少量位錯(cuò)坑形成,該情況下外延生長(zhǎng)呈層狀生長(zhǎng)模式.

圖2 (網(wǎng)刊彩色)插入層溫度對(duì)XRD(002)和(102)晶面半峰寬的影響Fig.2.(color online)XRD FWHM values of(a)(002)and(b)(102)for four GaN sample.

圖3 (網(wǎng)刊彩色)插入層生長(zhǎng)溫度對(duì)同質(zhì)外延層表面形貌影響的AFM圖像 (a)高溫插入層;(b)低溫插入層;圖像掃描面積為10μm×10μm,其中插圖為1μm×1μmFig.3.(color online)AFM images of GaN homoepitaxyfilms:(a)High temperature intermediate layer;(b)low temperature intermediate layer.Scan area 10μm×10μm,the inset 1μm×1μm.

氮化物半導(dǎo)體材料的外延生長(zhǎng)模式通常由襯底表面自由能、界面能和外延層的表面自由能大小來(lái)決定,GaN同質(zhì)外延中除了常見(jiàn)的層狀生長(zhǎng)模式、島狀生長(zhǎng)模式和層-島生長(zhǎng)模式[20]三種生長(zhǎng)模式外,還有兩種新的生長(zhǎng)模式(臺(tái)階流生長(zhǎng)模式和臺(tái)階聚并生長(zhǎng)模式)更為常見(jiàn).其中臺(tái)階流生長(zhǎng)模式由于能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)完整和平滑的表面,從而受到廣泛關(guān)注.臺(tái)階流生長(zhǎng)模式是當(dāng)襯底表面由于晶向偏角而形成臺(tái)階列的情況下,生長(zhǎng)沿著臺(tái)階層鋪滿整個(gè)臺(tái)面,最終各個(gè)臺(tái)面完成一層生長(zhǎng)后表面臺(tái)階狀況沒(méi)有發(fā)生變化,整個(gè)過(guò)程就像各個(gè)臺(tái)階平行向前流動(dòng)一樣.當(dāng)臺(tái)階不是單層生長(zhǎng),而是一群臺(tái)階聚并形成更高臺(tái)階的情況時(shí),就是臺(tái)階聚并生長(zhǎng)模式,此臺(tái)階聚并會(huì)增大表面粗糙度,影響材料性能,因此生長(zhǎng)中應(yīng)當(dāng)避免[21].

圖4 (網(wǎng)刊彩色)高質(zhì)量的GaN同質(zhì)外延膜,其中IM-GaN插入層生長(zhǎng)溫度為850?C,厚度150 nm (a)光學(xué)顯微鏡圖像(插圖為5μm×5μmAFM的圖像);(b)XRD(002),(102)晶面雙晶搖擺曲線圖像;(c)低溫PL譜Fig.4.(color online)High quality GaN homoepitaxyfilms with 150 nm IM-GaN grown at 850?C:(a)DICM image;(b)XRD(002)and(102)rocking curves;(c)LT-PL spectra;the inset is the AFM image of 5μm×5μm scan area.

在MOCVD系統(tǒng)中進(jìn)行GaN同質(zhì)外延生長(zhǎng)時(shí),氣相中的活性反應(yīng)粒子吸附到GaN襯底表面臺(tái)面上,通過(guò)原子的擴(kuò)散遷移,最終抵達(dá)臺(tái)階邊緣,并在該處形成GaN并入晶格.原子擴(kuò)散長(zhǎng)度與公式exp[?EA/(2kBT)]成正比關(guān)系,其中EA是擴(kuò)散勢(shì)壘,kB是玻爾茲曼常數(shù),T是生長(zhǎng)溫度[22].由于GaN襯底制備技術(shù)的不成熟,襯底翹曲將導(dǎo)致晶格發(fā)生扭曲,同時(shí)拋光過(guò)程中容易形成表面劃痕以及吸附雜質(zhì).當(dāng)活性粒子在襯底表面遇到扭曲的晶格臺(tái)階和拋光劃痕時(shí),其遷移運(yùn)動(dòng)將會(huì)受到表面擴(kuò)散勢(shì)壘的阻礙,造成活性分子在該處聚集,形成更高的臺(tái)階束(如圖3(a)所示).隨著外延生長(zhǎng)繼續(xù),晶格扭曲和表面劃痕被進(jìn)一步放大,導(dǎo)致表面粗糙度增大,最終形成圖2(a)中的丘壑和劃痕結(jié)構(gòu).晶核的典型距離和平均臺(tái)面寬度之比是區(qū)別層狀模式、臺(tái)階聚并模式和臺(tái)階流模式的關(guān)鍵參數(shù),如果島間距離大于臺(tái)面寬度,生長(zhǎng)就是臺(tái)階流.反之,如果島間距離小于臺(tái)面寬度,生長(zhǎng)就是層-層模式[23].當(dāng)襯底溫度由1050?C降低到650?C時(shí),吸附原子在襯底表面上的擴(kuò)散能力減弱,造成吸附原子在給定的時(shí)間內(nèi)不能達(dá)到臺(tái)階邊緣,大量的吸附原子沉積在臺(tái)階臺(tái)面上形成核島,此情況下島間距離小于臺(tái)面寬度,于是生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?層模式.在層狀生長(zhǎng)模式下,襯底表面原有的臺(tái)階形貌將會(huì)被覆蓋，形成的表面平整,但原子臺(tái)階彎曲、交疊甚至模糊,晶格發(fā)生扭曲,位錯(cuò)密度增加.正如圖3中的樣品D,通過(guò)IM-GaN層的生長(zhǎng),襯底表面原有的形貌(如原子臺(tái)階、劃痕、扭曲的晶格等)在層狀生長(zhǎng)模式下發(fā)生改變,當(dāng)插入層生長(zhǎng)結(jié)束升溫至1050?C進(jìn)行高溫生長(zhǎng)時(shí),由于GaN表面平直的臺(tái)階流形貌已經(jīng)消失,故而只能重復(fù)IM-GaN層的表面形貌,GaN此時(shí)呈層狀生長(zhǎng)模式,最終形成如圖3(b)的形貌.可見(jiàn),IM-GaN插入層的引入對(duì)生長(zhǎng)模式影響十分巨大,雖然可以有效地減少GaN表面的宏觀缺陷,但卻會(huì)引入新的位錯(cuò)缺陷,降低外延層的晶體質(zhì)量.

通過(guò)圖1和圖2的分析,發(fā)現(xiàn)IM-GaN層生長(zhǎng)溫度為850?C時(shí),外延層表面形貌既得到了部分改善,同時(shí)晶體質(zhì)量并未發(fā)生大幅度的降低.為了獲得表面形貌和晶體質(zhì)量?jī)烧叨己玫腉aN同質(zhì)外延層,IM-GaN層生長(zhǎng)溫度選擇為850?C,進(jìn)一步優(yōu)化該插入層厚度.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)IM-GaN層厚度由50 nm增加到150 nm時(shí),GaN同質(zhì)外延膜表面的丘壑狀山丘、劃痕等宏觀缺陷進(jìn)一步減少,最終完全消失,如圖4(a)所示.對(duì)該樣品進(jìn)行AFM測(cè)試,樣品表面準(zhǔn)直的原子臺(tái)階清晰可見(jiàn),掃描面積5μm×5μm表面粗糙度RMS僅為0.23 nm(見(jiàn)4(a)插圖).XRD測(cè)試得到該GaN薄膜(002),(102)半峰寬分別為125 arcsec、85 arcsec(如圖4(b)所示),說(shuō)明該外延材料具有較低的位錯(cuò)密度.低溫(3.6 K)PL譜表明,材料具有較強(qiáng)的自由束縛激子FX(A)發(fā)光峰,且中性受主激子發(fā)光半峰寬大小僅為26 meV,說(shuō)明該GaN外延層具有非常高的晶體質(zhì)量.

4 結(jié) 論

本文研究了GaN插入層對(duì)GaN襯底同質(zhì)外延層表面宏觀缺陷和晶體質(zhì)量的影響,通過(guò)優(yōu)化插入層生長(zhǎng)溫度和厚度,獲得了高質(zhì)量GaN同質(zhì)外延材料,其XRD搖擺曲線(002)和(102)晶面FWHM分別為125 arcsec和85 arcsec,表面粗糙度RMS為0.23 nm.本文通過(guò)對(duì)比不同生長(zhǎng)溫度插入層的GaN同質(zhì)外延膜,發(fā)現(xiàn)隨著插入層生長(zhǎng)溫度的降低,GaN同質(zhì)外延膜表面宏觀缺陷逐漸減少,但位錯(cuò)密度逐漸增大.同時(shí),結(jié)合AFM測(cè)試對(duì)生長(zhǎng)機(jī)制進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)低溫度插入層的生長(zhǎng)導(dǎo)致外延膜生長(zhǎng)模式由準(zhǔn)臺(tái)階流模式轉(zhuǎn)變?yōu)閷訝钅Ｊ?通過(guò)插入層溫度和厚度的優(yōu)化,進(jìn)一步調(diào)控外延層的生長(zhǎng)模式,最終有效降低了外延層表面的宏觀缺陷,獲得了表面原子級(jí)光滑平整、位錯(cuò)密度極低的GaN同質(zhì)外延膜.

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PACS∶61.05.cp,61.72.—y,68.55.J—,78.55.CrDOI∶10.7498/aps.66.106101

*Project supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant Nos.61505181,61474101,61504125),the National High Technology Research and Development Program of China(Grant Nos.2015AA016800,2015AA033300)and the National Key Research and Development Program of China(Grant No.2016YFB0400902).

?Corresponding author.E-mail:luowk688@163.com

Surface morphology improvement of homoepitaxial GaN grown on free-standing GaN substrate by metalorganic chemical vapor deposition?

Li Zhong-HuiLuo Wei-Ke?Yang Qian-Kun Li Liang Zhou Jian-Jun Dong Xun Peng Da-Qing Zhang Dong-Guo Pan LeiLi Chuan-Hao
(Science and Technology on Monolithic Integrated Circuits and Modules Laboratory,Nanjing Electronic Devices Institute,Nanjing 210016,China)

10 December 2016;revised manuscript

9 March 2017)

Free-standing GaN is generally regarded as an ideal substrate for GaN-based devices due to its advantage of low threading dislocation density(TDD)and good thermal conductivity.However,new surface features such as hillocks and ridges appear on the GaN homoepitaxyfilms.In this paper,the influences of the intermediate GaN(IM-GaN)layer on the surface defects and crystal quality of GaN homoepitaxyfilms grown on c-plane GaN substrates by metalorganic chemical vapor deposition are investigated.It is found that hexagonal hillocks and ridges on the surface can be avoided by inserting an IM-GaN layer grown at an intermediate temperature(650–850?C),prior to the growth of GaN at 1050?C.The results based on X-ray diffraction(XRD)measurements and differential interference contrast microscopy images demonstrate that the growth temperature of the IM-GaN layer has a significant influence on GaN homoepitaxy layer,which is one of the most critical parameters determining the surface morphology and crystal quality.As the IM-GaN growth temperature decreases from 1050?C to 650?C,thed densities of hillocks and ridges on the surface reduce gradually.While,the XRD full width at half maximum(FWHM)values of(002)and(102)peaks for the homoepitaxy films are increased rapidly,indicating the adding of the TDD in the films.The atomic force microscopy(AFM)images show that the quasi-step growth mode change into layer-layer growth mode with the growth temperature decreasing from 1050?C to 650?C during the IM-GaN layer growing.It is speculated that the growth mode is determined by the diffusion length of adatom on the growing surface,which is proportional to the growth temperature.In the case of IM-GaN grown at low temperature,the formation of hillocks can be suppressed by reducing the adatom diffusion length.Finally,High crystal quality GaN homoepitaxyfilms(2μm)without hillocks is achieved by optimizing the growth parameters of IM-GaN layer,which is about 150 nm in thickness and grown at 850?C.The crystal quality of GaN homoepitaxyfilm is assessed by XRD rocking curve measured with double-crystaloptics.The FWHMs of the(002)and(102)peaks are 125arcsec and 85arcsec respectively,indicating that rather low TDD is formed in thefilm.And well defined steps are observed on the image of AFM test,the root-mean square roughness value of the which is only about 0.23 nm for 5μm×5μm scan area.

∶metalorganic chemical vapor deposition,homoepitaxy GaN,intermediate layer,growth mode

?國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào)：61505181，61474101,61504125)、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(批準(zhǔn)號(hào)：2015AA016800，2015AA033300)和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(批準(zhǔn)號(hào):2016YFB0400902)資助的課題.

?通信作者.E-mail:luowk688@163.com

?2017中國(guó)物理學(xué)會(huì)Chinese Physical Society