万 旭，左 然

(江苏大学能源与动力工程学院，镇江 212013)

0 引 言

AlN单晶薄膜是重要的第三代半导体材料，具有宽带隙、高导热率、高击穿场强、耐辐射、耐高温等特点，广泛用于制备半导体发光器件和功率器件[1-2]。金属有机化学气相沉积(MOCVD)是AlN薄膜生长的关键技术。在AlN的MOCVD生长中，含Al前体如Al(CH3)3(简写为TMAl)与含N前体NH3很容易发生气相预反应，形成纳米粒子[3-4]。导致生长速率低、薄膜质量差以及反应前体的浪费。垂直喷淋式(close-coupled showerhead, CCS)反应器是一种广泛应用的MOCVD商用反应器，其特点是利用密集的小喷管将反应前体均匀分配到衬底上方的喷头上，气体从衬底上方垂直喷下，产生滞止流 (stagnation flow)以及较均匀的速度、温度和浓度边界层。由于喷淋式反应器的反应前体驻留时间短，具有更好的可控性，因此更适合AlN的MOCVD生长，获得较好的薄膜沉积。但是，由于其腔室高度过低(约10 mm)，气相预反应形成的纳米粒子极易在喷头沉积，造成薄膜生长速率降低、生长效率下降和喷头污染。显然，喷淋式反应器中AlN的生长速率和薄膜质量与气相反应路径直接相关。

Mihopoulos等[5]最先提出了AlN-MOCVD的气相反应路径，包括热解路径和加合路径，并且分别针对水平式和垂直喷淋式反应器的反应-输运过程进行数值模拟研究并与实验数据对比。发现TMAl的热解路径产生Al(CH3)2(简写为DMAl)和AlCH3(简写为MMAl)，它们都提供薄膜生长。但AlN生长主要以加合路径为主，由加合路径产生的DMAlNH2的二聚物和三聚物是AlN生长速率随压强增大而降低的主要原因。研究还发现，比起水平式反应器，喷淋式反应器具有热边界层薄和气体驻留时间短的特点，因此加合反应影响较弱，薄膜中Al组分更高。……