《GaN生长方法》课件

GaN生长方法高乃坤201311907GaN生长方法高乃坤1物理性质（宽带隙）结构六方铅锌矿晶体结构立方闪锌矿晶体结构优点禁带宽度大电子饱和速率和击穿电压高介电常数小导热性能好等化学性质在室温下不溶于水、酸和碱,但能缓慢地溶于热的碱性溶液GaN半导体材料的特性物理性质（宽带隙）GaN半导体材料的特性2激光器件光学存储，激光打印机，医疗军事发光二极管信号灯，视频显示，照明紫外探测器分析仪器，火焰检测，臭氧检测集成电路通讯基站，电子开关，卫星GaN半导体材料的应用激光器件GaN半导体材料的应用3GaN单晶和薄膜的主要制备方法氢化物气相外延法分子束外延法金属有机化学气相沉积法GaN单晶材料的制备GaN单晶和薄膜的主要制备方法GaN单晶材料的制备4工艺：利用金属氯化物的歧化反应,即稼的氯化物以多种不同的化合价构成不同的化合物,通过调整反应室的温度,实现的生长、转移和氮化稼的沉积HVPE一般用来制备自支撑GaN单晶衬底1，HVPE生长200μm的GaN单晶外延层2，剥离（机械方法、化学腐蚀、激光剥离）优点:生长过程在本质上是无碳生长,使得生长高纯度的氮化稼薄膜更为容易生长化学计量比的氮化嫁薄膜时,氨气流量较小,既能减少不纯物又能降低成本生长速率快,特别适于生长氮化嫁厚膜GaN单晶片最成熟的方法缺点：在降低本征载流子浓度以及在P型掺杂方面困难。氢化物气相外延法（HVPE）工艺：氢化物气相外延法（HVPE）5工艺：利用材料蒸发源的定向分子束流生长晶体薄膜的一种方法。在超高真空条件下,晶体组成元素的热原子束或者热分子束,在保持适当温度的衬底表面发生反应而实现薄膜外延生长优点：利用元素源炉,使反应原子或分子束具有相对简单的路径生长速率低（0.01-1um/h）,能生长1nm左右的超晶格材料由于生长温度低（500-600摄氏度）,减少了体扩散对组分和掺杂浓度分布的影响均匀性、重复性以及可控性好。缺点：设备复杂、价格昂贵、运行维护费用高等。分子束外延法（MBE）工艺：分子束外延法（MBE）6工艺：以热分解反应为基础,将稀释于载气中的金属有机物和非金属氢化物做为源材料导入反应器中,在被加热的衬底上进行分解、氧化和还原反应,生长薄膜材料或外延薄层材料的一种技术优点：可进行多片生长,适合批量生产,具有大规模生产的能力生长材料的层缺陷少,多组分生长可控制性好多层外延掺杂分布陡,薄层厚度容易控制各种气体可以按照要求迅速地更换和调节,可精确控制各种外延生长参数。缺点：工艺所用源材料多数易燃、易爆、提纯困难,实验室安全防护要求高。金属有机化学气相沉积法（MOCVD）工艺：金属有机化学气相沉积法（MOCVD）7金属有机化学气相沉积法示意图

利用H2或者N2作为运载气体，通过多路管道携带MO源和氢化物等反应剂进入混气室，各种气体混合均匀后，再通入到反应室中。随着气体流向加热的衬底，其温度会逐渐升高，在气相中可能会发生如下反应：MO源与非金属化合物或有机化合物之间发生加和反应，形成加和物。当温度进一步升高时，MO源和氢化物以及加和物的逐步分解甚至气相成核。气相中的反应产物扩散至衬底表面后首先吸附到表面，然后吸附的物质会在衬底表面迁移并继续发生反应，最终并入晶格形成外延层。表面反应的副产物从生长表面脱附，通过扩散再回到主气流，