A large lattice-mismatch induced stress control technology with a low Al content AlGaN layer has been used to grow high quality GaN layers on 4-in. Si substrates. The use of this technology allows for high mobility AlGaN/GaN heterostructures with electron mobility of 2040 cm2/(V·s) at sheet charge density of 8.4 × 1012 cm−2. Strain relaxation and dislocation evolution mechanisms have been investigated. It is demonstrated that the large lattice mismatch between the low Al content AlGaN layer and AlN buffer layer could effectively promote the edge dislocation inclination with relatively large bend angles and therefore significantly reduce the dislocation density in the GaN epilayer. Our results show a great potential for fabrication of low-cost and high performance GaN-on-Si power devices.

1.
A. T.
Schremer
,
J. A.
Smart
,
Y.
Wang
,
O.
Ambacher
,
N. C.
MacDonald
, and
J. R.
Shealy
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
736
(
2000
).
2.
H.
Marchand
,
L.
Zhao
,
N.
Zhang
,
B.
Moran
,
R.
Coffie
,
U. K.
Mishra
,
J. S.
Speck
,
S. P.
DenBaars
, and
J. A.
Freitas
,
J. Appl. Phys.
89
,
7846
(
2001
).
3.
M.
Ishida
,
T.
Ueda
,
T.
Tanaka
, and
D.
Ueda
,
IEEE Trans. Electron. Devices
60
,
3053
(
2013
).
4.
N.
Ikeda
,
Y.
Niiyama
,
H.
Kambayashi
,
Y.
Sato
,
T.
Nomura
,
S.
Kato
, and
S.
Yoshida
,
Proc. IEEE
98
,
1151
(
2010
).
5.
S.
Arulkumaran
,
T.
Egawa
, and
H.
Ishikawa
,
Solid-State Electron.
49
,
1632
(
2005
).
6.
D.
JWallis
,
D.
Zhu
,
F.
Oehler
,
S. P.
Westwater
,
A.
Pujol
, and
C. J.
Humphreys
,
Semicond. Sci. Technol.
28
,
094006
(
2013
).
7.
K.
Cheng
,
H.
Liang
,
M. V.
Hove
,
K.
Geens
,
B. D.
Jaeger
,
P.
Srivastava
,
X. W.
Kang
,
P.
Favia
,
H.
Bender
,
S.
Decoutere
,
J.
Dekoster
 et al,
Appl. Phys. Express
5
,
011002
(
2012
).
8.
A.
Dadgar
,
A.
Strittmatter
,
J.
Bläsing
,
M.
Poschenrieder
,
O.
Contreras
,
P.
Veit
,
T.
Riemann
,
F.
Bertram
,
A.
Reiher
,
A.
Krtschil
 et al,
Phys. Status Solidi C
0
,
1583
(
2003
).
9.
A.
Dadgar
,
J.
Bläsing
,
A.
Diez
,
A.
Alam
,
M.
Heuken
, and
A.
Krost
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
39
,
L1183
(
2000
).
10.
E.
Feltin
,
B.
Beaumont
,
M.
Laugt
,
P.
de Mierry
,
P.
Vennegues
,
H.
Lahreche
,
M.
Leroux
, and
P.
Gibart
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
3230
(
2001
).
11.
S.
Raghavan
,
X. J.
Weng
,
E.
Dickey
, and
J. M.
Redwing
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
041904
(
2006
).
12.
K.
Cheng
,
M.
Leys
,
S.
Degroote
,
B.
Van Daele
,
S.
Boeykens
,
J.
Derluyn
,
M.
Germain
,
G. V.
Tendeloo
,
J.
Engelen
, and
G.
Borghs
,
J. Electron. Mater.
35
,
592
(
2006
).
13.
D.
Jena
,
A. C.
Gossard
, and
U. K.
Mishra
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
1707
(
2000
).
14.
M.
Ťapajna
,
S. W.
Kaun
,
M. H.
Wong
,
F.
Gao
,
T.
Palacios
,
U. K.
Mishra
,
J. S.
Speck
, and
M.
Kuball
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
223501
(
2011
).
15.
Z.
Chen
,
Y.
Pei
,
S.
Newman
,
R.
Chu
,
D.
Brown
,
R.
Chung
,
S.
Keller
,
S. P.
Denbaars
,
S.
Nakamura
, and
U. K.
Mishra
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
112108
(
2009
).
16.
X. L.
Wang
,
C. M.
Wang
,
G. X.
Hu
,
H. l.
Xiao
,
C. B.
Fang
,
J. X.
Wang
,
J. X.
Ran
,
J. P.
Li
,
J. M.
Li
, and
Z. G.
Wang
,
J. Cryst. Growth
298
,
791
(
2007
).
17.
H.
Ishikawa
,
G. Y.
Zhao
,
N.
Nakada
,
T.
Egawa
,
T.
Jimbo
, and
M.
Umeno
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
38
,
L492
(
1999
).
18.
K.
Cheng
,
M.
Leys
,
S.
Degroote
,
J.
Derluyn
,
B.
Sijmus
,
P.
Favia
,
O.
Richard
,
H.
Bender
,
M.
Germain
, and
G.
Borghs
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
47
,
1553
(
2008
).
19.
D. M.
Follstaedt
,
S. R.
Lee
,
A. A.
Allerman
, and
J. A.
Floro
,
J. Appl. Phys.
105
,
083507
(
2009
).
20.
S.
Tripathy
,
S. J.
Chua
,
P.
Chen
, and
Z. L.
Miao
,
J. Appl. Phys.
92
,
3503
(
2002
).
21.
A. E.
Romanov
and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
2569
(
2003
).
22.
T.
Idea
,
M.
Shimizub
,
X. Q.
Shen
,
K.
Jeganathanb
,
H.
Okumurab
, and
T.
Nemoto
,
J. Cryst. Growth
245
,
15
(
2002
).
23.
S.
Tripathy
,
V. K. X.
Lin
,
J. P. Y.
Tan
,
R. S.
Kajen
,
L. K.
Bera
,
S. L.
Teo
,
M.
Krishna Kumar
,
S.
Arulkumaran
,
G. I.
Ng
,
S.
Vicknesh
 et al,
Appl. Phys. Lett.
101
,
082110
(
2012
).
24.
D.
Christy
,
T.
Egawa
,
Y.
Yano
,
H.
Tokunaga
,
H.
Shimamura
,
Y.
Yamaoka
,
A.
Ubukata
,
T.
Tabuchi
, and
K.
Matsumoto
,
Appl. Phys. Express
6
,
026501
(
2013
).
25.
Z.
Liu
,
M.
Sun
,
H. S.
Lee
,
M.
Heuken
, and
T.
Palacios
,
Appl. Phys. Express
6
,
096502
(
2013
).
26.
Y. H.
Zhang
,
M.
Sun
,
D.
Piedra
,
M.
Azize
,
X.
Zhang
,
T.
Fujishima
, and
T.
Palacios
,
IEEE Electron Device Lett.
35
,
618
(
2014
).
You do not currently have access to this content.