氮化镓(GaN)材料作为第三代半导体材料的典型代表，因其具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强以及耐化学腐蚀等优点，在下一代电子和光电器件领域具有极强的竞争优势和应用前景。目前，在高频高功率电子器件和高灵敏度光电探测器方面已有广泛应用，然而高性能器件功能的实现需要GaN材料兼具低位错密度和半绝缘特征，但在GaN的生长过程中，蓝宝石衬底中大量氧元素向上扩散现象的存在，导致传统GaN/蓝宝石模板呈现典型的n型导电特性。为解决这一问题，传统技术路线为采用金属（Cr、Mg、Fe）或C元素掺杂对n型载流子进行补偿，但掺杂方法会带来金属偏析、记忆效应及电流崩塌等负面影响，阻碍器件性能的提升。

       近日，半导体所先进材料平台针对因基板氧元素扩散导致GaN/蓝宝石模板呈现n型导电特性的问题开展深入研究，通过单步磁控溅射工艺引入超薄（10nm）AlN缓冲层对外延界面调控实现了新突破，制备了位错密度低至2.7×108cm-2且方块电阻高达2.43×1011Ω/□的高质量GaN外延层模板，相比于传统技术路线，该界面调控方法显著了提高材料利用率，简化外延工艺，大幅度降低成本。

       相关研究成果发表在国际权威期刊《Journal of Alloys and Compounds》(中科院SCI材料科学二区Top期刊，2021年影响因子5.316)，省科学院半导体所张康高级工程师为论文第一作者，陈志涛博士和何晨光博士为论文共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、广东省重点领域研发计划项目、广东省科学院建设国内一流研究机构行动专项资金项目的支持。

图1 外延界面处TEM截面图，O元素的EELS mapping图及位错转弯湮灭示意图

图2 利用不同AlN缓冲层工艺制备GaN/蓝宝石模板的位错和电阻率数值对比

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.163609

（供稿：先进材料平台）