Epitaxial growth of high-quality GaN with a high growth rate at low temperatures by radical-enhanced metalorganic chemical vapor deposition

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作者
D. Arun Kumar,Frank Wilson Amalraj,Swathy Jayaprasad,Naohiro Shimizu,Osamu Oda,Kenji Ishikawa,Masaru Hori
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1)
标识
DOI:10.1038/s41598-024-61501-9
摘要

Abstract Using our recently developed radical-enhanced metalorganic chemical vapor deposition (REMOCVD) technique, we have grown gallium nitride (GaN) on bulk GaN and GaN on Si templates. Three features make up this system: (1) applying very high-frequency power (60 MHz) to increase the plasma density; (2) introducing H 2 and N 2 gas in the plasma discharge region to produce active NH x radical species in addition to nitrogen radicals; and (3) supplying radicals under remote plasma arrangement with a Faraday cage to suppress charged ions and photons. Using this new REMOCVD system, it was found that high-quality crystals can be grown at lower temperatures than that of MOCVD but the disadvantage was that the growth rate was smaller as 0.2–0.8 μm/h than that by MOCVD. In the present work, we have used a pBN inner shield to prevent the deactivation of radicals to increase the growth rate. The growth conditions such as the plasma power, trimethylgallium (TMG) source flow rate, N 2 + H 2 gas mixture flow rate, and the ratio of N 2 /H 2 were optimized and it was found that the growth rate could be increased up to 3.4 μm/h with remarkably high crystalline quality comparable to that of MOCVD. The XRD-FWHM of GaN grown on the GaN/Si template and the bulk GaN substrate were 977 arcsec and 72 arcsec respectively. This work may be very promising to achieve high-power GaN/GaN devices.
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