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准大气压下N2和NH3等离子体处理对p-GaN表面形貌的影响

DOI：10.1016/j.surfin.2018.12.001 期刊：Surfaces and Interfaces 出版年份：2018 更新时间：2025-09-09 09:28:46
摘要： 我们采用微带线结构的微波激发等离子体源，在准大气压下对暴露于氮气(N2)和氨气(NH3)等离子体的p型氮化镓(p-GaN)表面形貌进行原子力显微镜表征。实验在700°C衬底温度下，将等离子体暴露时间控制在2至20分钟范围。当N2和NH3等离子体分别作用2分钟时，原始p-GaN表面的脊状特征立即钝化且表面粗糙度显著降低，同时保持了原子级台阶结构。随着两种等离子体暴露时间的延长，表面台阶交叉与聚集现象逐渐消失。但当NH3等离子体暴露时间增至20分钟时，台阶边缘出现坑洞和颗粒物，导致表面剧烈粗糙化。研究表明：通过准大气压下的适度等离子体处理可在不破坏台阶结构的前提下实现GaN表面平滑化，这类等离子体源有望应用于氮化物半导体生长的金属有机化学气相沉积系统。
作者： Naoto Kumagai，Hirotomo Itagaki，Jaeho Kim，Hisato Ogiso，Xue-lun Wang，Shingo Hirose，Hajime Sakakita
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究准大气压下N2和NH3等离子体暴露对p-GaN表面形貌的影响，以探索其在氮化物半导体生长金属有机化学气相沉积系统中的潜在应用。

研究成果

在准大气压下对p-GaN表面进行有限时间的N2和NH3等离子体处理可在保持台阶结构的同时改善表面粗糙度。然而，长时间NH3等离子体暴露会导致因坑洞形成和镓液滴出现而引发表面粗糙化。研究结果表明，这些等离子体源在MOCVD系统中用于氮化物半导体生长具有潜力，但需谨慎控制暴露时间以避免表面损伤。

研究不足

该研究聚焦于特定等离子体暴露条件下表面形貌的变化。未探究超出研究范围的等离子体功率、压力和温度等其他参数变化的影响。此外，该研究也未深入分析暴露后表面的化学变化。

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