AlGaNGaN半导体异质结构材料的高温性质研究进展？

GaN作为第三代半导体材料，因其优良的特性，日益成为研究的热点，在微电子和光电子领域具有十分广阔的应用优势和发展前景。

本论文采用电子回旋共振(ECR)微波等离子体辅助金属有机物化学气相沉积(PAMOCVD)方法，以氮等离子体为氮源，研究了大晶格失配(14％)异质结GaN/Al_2O_3(0001)的低温(700℃)外延生长。为了释放因晶格失配产生的应力，以降低在GaN外延膜中引起的缺陷密度，我们对蓝宝石衬底采用了氢等离子体清洗、氮等离子体氮化以及低温生长缓冲层的方法。我们用X射线衍射(XRD)来表征晶体的结构，用原子力显微镜(AMF)来表征表面形貌。通过高能电子衍射仪(RHEED)、对实验结果进行分析比较，对GaN薄膜的清洗、氮化、缓冲层和外延生长实验参数进行了优化。XRD和AFM的结果表明，我们在蓝宝石衬底上获得了晶质良好的GaN薄膜。实验中采用了氢氮混合等离子体清洗的方法，提高了清洗的质量。文中讨论了氮化层的原子排列点阵相对于蓝宝石衬底(0001)面旋转了30°的机理；解释了在六方相的缓冲层上在较低温度下外延生长GaN的过程中出现立方相GaN的现象。另外，在分析实验流程的特点的基础上，对ES...

GaN,

one

of

the

third

generation

semiconductor

materials,

becomes

the

hot

point

of

research

because

of

its

excellent

characteristics.

It

has

wide

potential

application

and

development

in

the

fields

of

microelectronics

and

optoelectronics.

This

dissertation

presents

the

investigation

on

the

epitaxy

growth

with

large

lattice

mismatch

(14%)

heterostructures

GaN/Al2O3(0001),

by

an

electron

cyclotron

resonance

(ECR)

plasma

assisted

metalorganic

chemical

vapor

deposition

(PAMOCVD)

with

a

nitrogen

plasma

as

a

ni...

【DOI】

CNKI:CDMD:2.2004.094289

可可

别忘了加分哦!!!

GaN ，氮化镓 这是一种具有较大禁带宽度的半导体,属于所谓宽禁带半导体之列。它是微波功率晶体管的优良材料，也是蓝色光发光器件中的一种具有重要应用价值的半导体。GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，并与SIC、金刚石等半导体材料一起，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好（几乎不被任何酸腐蚀）等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。 GaN材料的缺点和问题一方面，在理论上由于其能带结构的关系，其中载流子的有效质量较大，输运性质较差，则低电场迁移率低，高频性能差。 另一方面，现在用异质外延（以蓝宝石和SiC作为衬底）技术生长出的GaN单晶，还不太令人满意（这有碍于GaN器件的发展），例如位错密度达到了108~1010/cm2（虽然蓝宝石和SiC与GaN的晶体结构相似，但仍然有比较大的晶格失配和热失配）；未掺杂GaN的室温背景载流子（电子）浓度高达1017cm-3（可能与N空位、替位式Si、替位式O等有关），并呈现出n型导电；虽然容易实现n型掺杂（掺Si可得到电子浓度1015~1020/cm3、室温迁移率＞300 cm2/ V.s 的n型GaN），但p型掺杂水平太低（主要是掺Mg），所得空穴浓度只有1017~1018/cm3，迁移率＜10cm2/V.s，掺杂效率只有0.1%~1%（可能是H的补偿和Mg的自身电离能较高所致）。 GaN材料的优点与长处①禁带宽度大（3.4eV），热导率高（1.3W/cm-K），则工作温度高，击穿电压高，抗辐射能力强； ②导带底在Γ点，而且与导带的其他能谷之间能量差大，则不易产生谷间散射，从而能得到很高的强场漂移速度（电子漂移速度不易饱和）； ③GaN易与AlN、InN等构成混晶，能制成各种异质结构，已经得到了低温下迁移率达到105cm2/Vs的2-DEG（因为2-DEG面密度较高，有效地屏蔽了光学声子散射、电离杂质散射和压电散射等因素）； ④晶格对称性比较低（为六方纤锌矿结构或四方亚稳的闪锌矿结构），具有很强的压电性（非中心对称所致）和铁电性（沿六方c轴自发极化）：在异质结界面附近产生很强的压电极化（极化电场达2MV/cm）和自发极化（极化电场达3MV/cm），感生出极高密度的界面电荷，强烈调制了异质结的能带结构，加强了对2-DEG的二维空间限制，从而提高了2-DEG的面密度（在AlGaN/GaN异质结中可达到1013/cm2，这比AlGaAs/GaAs异质结中的高一个数量级），这对器件工作很有意义。 总之，从整体来看，GaN的优点弥补了其缺点，特别是通过异质结的作用，其有效输运性能并不亚于GaAs，而制作微波功率器件的效果（微波输出功率密度上）还往往要远优于现有的一切半导体材料。 编辑本段GaN器件制造中的主要问题 因为GaN是宽禁带半导体，极性太大，则较难以通过高掺杂来获得较好的金属-半导体的欧姆接触，这是GaN器件制造中的一个难题，故GaN器件性能的好坏往往与欧姆接触的制作结果有关。现在比较好的一种解决办法就是采用异质结，首先让禁带宽度逐渐过渡到较小一些，然后再采用高掺杂来实现欧姆接触，但这种工艺较复杂。总之，欧姆接触是GaN器件制造中需要很好解决的一个主要问题。

氮化镓如果应有在充电器上可以实现非常明显的升级，采用氮化镓材料做出来的充电头，体积和苹果5W差不多大的情况下，能实现更大的功率。

氮化镓充电头拥有更小的体积，却能够实现更大的功率，提高充电能力。

那么，什么是氮化镓材料呢？

氮化镓号称第三代半导体核心材料。氮化镓，分子式GaN，英文名称Gallium nitride，是氮和镓的化合物，是一种直接能隙（direct bandgap）的半导体

大部分行业的基础材料是硅，从电子行业看硅是非常重要的材料。但随着硅极限被逐步逼近，基本上现在硅的开发达到了瓶颈，许多产业已经开始努力寻找更合适的替代品，氮化镓就是这样进入到了人们眼中。

氮化镓号称第三代半导体核心材料。相对硅而言，氮化镓拥有更宽的带隙，宽带隙也意味着，氮化镓能比硅承受更高的电压，拥有更好的导电能力。简而言之两种材料在相同体积下，氮化镓比硅的效率高出不少。如果氮化镓替换现在所有电子设备，可能会让电子产品的用电量再减少10%或者25%。

【氮化镓能比硅承受更高的电压，拥有更好的导电能力】这意味着，在许多电源管理产品中，氮化镓是更强的存在。应用层面，采用氮化镓做充电器的话能够实现更快充电更小体积。

打个比方说，采用氮化镓材料做出来的充电头，体积和苹果5W差不多大的情况下，能实现更多的功率。苹果的5W充电头实现的充电效率相信大家都懂的，未来新的材料大规模应有后就有望改变这种情况。毕竟，市场上更好的方案出现，很可能会倒逼苹果进步。

未来一段时间中，采用氮化镓材料做出来的充电器会越来越多，能大大提升产品的充电能力。

---