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氮化鎵(GaN)是什么氮化鎵(GaN)是什么氮化鎵是一種無機物,化學(xué)式GaN,是氮和鎵的化合物,是一種直接能隙(directbandgap)的半導(dǎo)體,自1990年起常用在發(fā)光二極管中。此化合物結(jié)構(gòu)類似纖鋅礦,硬度很高。氮化鎵的能隙很寬,為3.4電子伏特,可以用在高功率、高速的光電元件中,例如氮化鎵可以用在紫光的激光二極管,可以在不使用非線性半導(dǎo)體泵浦固體激光器(Diode-pumpedsolid-statelaser)的條件下,產(chǎn)生紫光(405nm)激光。GaN,中文名:氮化鎵,常溫常壓下是纖鋅礦結(jié)構(gòu)。是現(xiàn)今半導(dǎo)體照明中藍光發(fā)光二極管的核心材料。工業(yè)上采用MOCVD和HVPE設(shè)備來外延生長?;拘畔⒅形拿壨馕拿鸊aN點群P63mc屬于第三代半導(dǎo)體材料禁帶寬度3.39~3.41eV目錄1物理結(jié)構(gòu)2電信物理結(jié)構(gòu)GaN半導(dǎo)體材料有二種基本結(jié)構(gòu):纖鋅礦(Wurtzite,WZ)和閃鋅礦(Zincblende,ZB)。常溫常壓下惟有纖鋅礦結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定相。纖鋅礦結(jié)構(gòu)由兩套六角密堆積子格子沿c軸方向平移3c/8套構(gòu)而形成,所屬空間群為或P63mc。GAN=Genericaccessnetworks,atelecommunicationsystemthatextendsmobilevoice,dataandIPMultimediaSubsystem/SessionInitiationProtocol(IMS/SIP)applicationsoverIPnetworks.(GAN=通用訪問網(wǎng)絡(luò),一個電信系統(tǒng)擴展移動語音、數(shù)據(jù)和IP多媒體子系統(tǒng)/會話發(fā)起協(xié)議(IMS/SIP)應(yīng)用程序通過IP網(wǎng)絡(luò)。)GaN材料的生長是在高溫下,通過TMGa分解出的Ga與NH3的化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)的,其可逆的反應(yīng)方程式為:Ga+NH3=GaN+3/2H2生長GaN需要一定的生長溫度,且需要一定的NH3分壓。人們通常采用的方法有常規(guī)MOCVD(包括APMOCVD、LPMOCVD)、等離子體增強MOCVD(PE—MOCVD)和電子回旋共振輔助MBE等。所需的溫度和NH3分壓依次減少。本工作采用的設(shè)備是AP—MOCVD,反應(yīng)器為臥式,并經(jīng)過特殊設(shè)計改裝。用國產(chǎn)的高純TMGa及NH3作為源程序材料,用DeZn作為P型摻雜源,用(0001)藍寶石與(111)硅作為襯底采用高頻感應(yīng)加熱,以低阻硅作為發(fā)熱體,用高純H2作為MO源的攜帶氣體。用高純N2作為生長區(qū)的調(diào)節(jié)。用HALL測量、雙晶衍射以及室溫PL光譜作為GaN的質(zhì)量表征。要想生長出完美的GaN,存在兩個關(guān)鍵性問題,一是如何能避免NH3和TMGa的強烈寄生反應(yīng),使兩反應(yīng)物比較完全地沉積于藍寶石和Si襯底上,二是怎樣生長完美的單晶。為了實現(xiàn)第一個目的,設(shè)計了多種氣流模型和多種形式的反應(yīng)器,最后終于摸索出獨特的反應(yīng)器結(jié)構(gòu),通過調(diào)節(jié)器TMGa管道與襯底的距離,在襯底上生長出了GaN。同時為了確保GaN的質(zhì)量及重復(fù)性,采用硅基座作為加熱體,防止了高溫下NH3和石墨在高溫下的劇烈反應(yīng)。對于第二個問題,采用常規(guī)兩步生長法,經(jīng)過高溫處理的藍寶石材料,在550℃,首先生長250A0左右的GaN緩沖層,而后在1050℃生長完美的GaN單晶材料。對于Si襯底上生長GaN單晶,首先在1150℃生長AlN緩沖層,而后生長GaN結(jié)晶。生長該材料的典型條件如下:NH3:3L/minTMGa:20μmol/minV/Ⅲ=6500N2:3~4L/minH2:2人們普遍采用Mg作為摻雜劑生長P型GaN,然而將材料生長完畢后要在800℃左右和在N2的氣氛下進行高溫退火,才能實現(xiàn)P型摻雜。本實驗采用Zn作摻雜劑,DeZ2n/TMGa=0.15,生長溫度為950℃,將高溫生長的GaN單晶隨爐降溫,Zn具有P型摻雜的能力,因此在本征濃度較低時,可望實現(xiàn)P型摻雜。但是,MOCVD使用的Ga源是TMGa,也有副反應(yīng)物產(chǎn)生,對GaN膜生長有害,而且,高溫下生長,雖然對膜生長有好處,但也容易造成擴散和多相膜的相分離。中村等人改進了MOCVD裝置,他們首先使用了TWO—FLOWMOCVD(雙束流MOCVD)技術(shù),并應(yīng)用此法作了大量的研究工作,取得成功。雙束流MOCVD生長示意圖如圖1所示。反應(yīng)器中由一個H2+NH3+TMGa組成的主氣流,它以高速通過石英噴平行于襯底通入,另一路由H2+N2形成輔氣流垂直噴向襯底表面,目的是改變主氣流的方向,使反應(yīng)劑與襯底表面很好接觸。用這種方法直接在α—Al2O3基板(C面)生長的GaN膜,電子載流子濃度為1×1018/cm3,遷移率為200cm2/v·s,這是直接生長GaN膜的最好值。第三代半導(dǎo)體材料以氮化鎵、碳化硅、氧化鋅、金剛石為代表,是5G時代的主要材料,其中氮化鎵和碳化硅的市場和發(fā)展空間最大。受到外圍市場和國際環(huán)境的影響,A股近期走勢非常弱,但有一個新概念受到了市場的熱炒,那就是氮化鎵。炒作往往是盲目的,很多人其實根本不知道這是一種什么物質(zhì),先科普一下氮化鎵(GaN)。從化學(xué)命名就可以看出,這是由氮和鎵兩種離子組成的一種半導(dǎo)體材料,在物理特性上,其禁帶寬度大于2.2eV,又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料,也就是國內(nèi)常說的第三代半導(dǎo)體材料的一種,實際上市場關(guān)注的并不只是氮化鎵,而是第三代半導(dǎo)體材料。
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