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自从第一支GaN基器件问世以来,GaN基电力电子器件、发光器件均得到了空前的发展,而高昂的GaN同质衬底促使人们将目光转向通过异质外延的方法来获得高质量的GaN材料。其中Si基材料由于其成熟的工艺、低廉的价格、良好的导电导热性而成为GaN异质外延的重要选择。目前,MOCVD因其高性能、可量产而成为主流市场认可的GaN材料外延方式。为了避免外延过程中GaN材料与Si基衬底之间的回熔刻蚀现象,普遍会采用MOCVD原位生长一层AlN作为缓冲层和阻挡层,但是由于AlN和GaN生长过程的高温特性导致设备需要耗费大量时间进行升降温操作,同时高温过程也会在AlN和Si基衬底之间引入严重热失配导致外延片在降温冷却过程中出现裂纹而降低成品率。相比较而言,磁控溅射作为物理沉积的一种,因其工作温度低、生产效率高而在蒸镀金属方面得到了广泛应用。如果利用磁控溅射技术在Si(100)衬底上沉积具有择优取向的AlN作为GaN外延的缓冲层和成核层,不仅可以避免MOCVD高温引入的热应力,而且可以很大程度上提高生产效率。因此,对于在磁控溅射沉积的AlN缓冲层上外延GaN的研究不仅具有学术价值,同时对于工业界也有很大应用价值。本论文对Si(100)衬底上磁控溅射沉积AlN以及在溅射沉积AlN缓冲层上的GaN外延进行了研究,在实验基础上逐渐优化工艺窗口,得到了具有高度择优取向的AlN缓冲层,并在此基础上外延出具有较好晶体质量的GaN材料。论文主要内容如下:1、磁控溅射沉积AlN工艺窗口研究。主要参数包括溅射沉积过程的反应室压强、电源功率和反应气体比例。2、AlN应力状态研究。为了接下来GaN外延的需要,我们对AlN薄膜的残余应力状态进行了研究和分析,接着对比分析了两种不同生长方式(磁控溅射和MOCVD)得到的AlN应力情况。3、基于溅射沉积AlN的GaN外延工艺窗口和成核机制研究。主要针对外延过程的温度和Ⅴ/Ⅲ进行了优化分析。实验过程中我们观察到在两种不同衬底(磁控溅射AlN和MOCVD外延AlN)上外延的GaN形貌迥异,于是针对成核阶段的演变机制进行了相关研究和分析。4、基于溅射沉积AlN的GaN外延结构优化。在上述基础上我们增加了一层MOCVD外延的AlN作为过渡层,在优化过渡层厚度后GaN的晶体质量得到了明显改善。