氮化镓单晶生长研究进展

氮化镓(GaN)作为第三代宽禁带半导体核心材料之一,具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优良特性,是制作宽波谱、高功率、高效率光电子、电力电子和微电子的理想材料.受制于氮化镓单晶衬底的尺寸、产能及成本的影响,当前的GaN基器件主要基于异质衬底(硅、碳化硅、蓝宝石等)制作而成,GaN单晶衬底的缺乏已成为制约GaN器件发展的瓶颈.近年来,国内外在GaN单晶衬底制备方面取得了较大的进展.本文综述了氮化镓单晶生长的最新进展,包括氢化物气相外延法、氨热法和钠助熔剂法的研究进展,分析了各生长方法面临的挑战与机遇,并对氮化镓单晶材料的发展趋势讲行了展望.     

异质衬底上HVPE法生长GaN厚膜的研究进展

氮化镓基(GaN)光电器件的快速发展,对GaN的质量提出更高的要求,同质外延可以避免由于失配引起的缺陷,厚膜生长是解决GaN体材料生长困难的有效手段.氢化物气相外延(HVPE)是目前最普遍的制备氮化镓厚膜的方法.衬底对于GaN厚膜的影响不可忽视,本文总结了在蓝宝石、碳化硅和铝酸锂衬底上制备GaN厚膜的研究进展,讨论了今后的研究方向.     

氮化镓单晶的液相生长

氮化镓(GaN)具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优良特性,是制作宽波谱、高功率、高效率光电子、电力电子和微电子的理想衬底材料.除气相法(包括HVPE(氢化物气相外延)、MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)、MBE(分子束外延))生长GaN单晶外,液相法(包括氨热法和助熔剂法)近几年在制备GaN单晶方面取得了较大的进展.本文介绍了氨热法和助熔剂法的生长原理、装备特点及生长习性;综述了两种液相生长方法的研究历程及研究进展,并对液相法生长GaN单晶的发展趋势及主要挑战进行了展望.     

氮化镓单晶衬底制备技术发展与展望

氮化镓(GaN)是第三代半导体材料中的典型代表.因其良好的物理化学性能与热稳定特性,是制作光电子器件及电力电子器件的理想材料.采用同质外延技术在GaN单晶衬底上制备GaN基器件是实现其高性能的根本途径.本文综述了GaN单晶衬底制备的氢化物气相外延技术、三卤化物气相外延技术、氨热法及助熔剂法(钠流法)的研究进展,并对未来可能的发展方向提出了展望.     

基于钠助熔剂法的GaN单晶生长研究进展

宽禁带氮化镓(GaN)材料以其独特的性质和应用前景成为国内外研究的热点,高质量GaN单晶衬底的制备是获得性能优异的光电子器件和功率器件的基础。钠助熔剂法生长条件温和,易获得高质量、大尺寸的GaN单晶,是一种具有广阔商业化前景的GaN单晶生长方法。钠助熔剂法自20世纪90年代末期被发明以来,经过20多年的发展,钠助熔剂法生长的晶体在尺寸与质量上都取得了长足的进步。本文从晶体生长原理和关键工艺(籽晶选择、温度梯度以及添加剂)等方面综述了钠助熔剂法生长GaN单晶研究进展,并对其面临的挑战和未来发展趋势进行了展望。     

PVT法AlN单晶生长技术研究进展及其面临挑战

氮化铝(AlN)具有超宽禁带宽度(6.2 eV)、高热导率(340 W/(m·℃))、高击穿场强(11.7 MV/cm)、良好的紫外透过率、高化学和热稳定性等优异性能,是氮化镓基(GaN)高温、高频、高功率电子器件以及高Al组分深紫外光电器件的理想衬底材料.物理气相传输(PVT)法是制备大尺寸高质量AlN单晶最有前途的方法.本文介绍了AlN单晶的晶体结构、基本性质及PVT法生长AlN晶体的原理与生长习性.基于AlN单晶PVT生长策略,综述了自发形核工艺、同质外延工艺及异质外延工艺的研究历程,各生长策略的优缺点及其最新进展.最后对PVT法生长AlN单晶的发展趋势及其面临的挑战进行了简要展望.     

HVPE生长室气流分布模拟及GaCl载气流量对GaN单晶生长的影响

采用计算流体力学软件Fluent对HVPE反应室进行了数值模拟,研究了GaCl载气流量对HVPE反应室气流分布的影响,发现GaCl载气流量是影响GaCl和NH3在衬底上均匀分布的重要因素.采用HVPE方法在不同GaCl载气流量下生长GaN单晶,研究了GaCl载气流量对GaN单晶质量的影响,得到了与模拟一致的结果.     

氮化物宽禁带半导体的MOCVD大失配异质外延

以氮化镓(GaN)、AlN(氮化铝)为代表的Ⅲ族氮化物宽禁带半导体是研制短波长光电子器件和高频、高功率电子器件的核心材料体系.由于缺少高质量、低成本的同质GaN和AlN衬底,氮化物半导体主要通过异质外延,特别是大失配异质外延来制备.由此导致的高缺陷密度、残余应力成为当前深紫外发光器件、功率电子器件等氮化物半导体器件发展的主要瓶颈,严重影响了材料和器件性能的提升.本文简要介绍了氮化物半导体金属有机化学气相沉积(MOCVD)大失配异质外延的发展历史,重点介绍了北京大学在蓝宝石衬底上AlN、高Al组分AlGaN的MOCVD外延生长和p型掺杂、Si衬底上GaN薄膜及其异质结构的外延生长和缺陷控制等方面的主要研究进展.最后对Ⅲ族氮化物宽禁带半导体MOCVD大失配异质外延的未来发展做了简要展望.     

Na助熔剂法生长氮化镓晶体的研究进展

以高质量GaN单晶基片作为衬底实现GaN的同质外延生长,是获得GaN半导体器件优异性能的基础.高质量GaN单晶基片的缺乏已成为国际范围制约GaN器件发展的瓶颈.在GaN体单晶的几种生长方法中,由于Na助熔剂法的生长条件相对温和且成本相对较低,近年来发展较快.本文从Na助熔剂法的原理、生长工艺、助熔剂种类以及得到晶体尺寸和质量等几方面进行了综述,分析了目前Na助熔剂法生长GaN单晶中的技术问题并提出了进一步研究的一些建议.     

氮化镓晶体的氨热法生长进展

GaN作为性能最为优异的第三代半导体材料,其高质量的衬底材料的研发是目前乃至近5年的研究热点,而最好的衬底材料即为GaN体单晶.在为数不多的GaN体单晶的几种生长方法中,氨热法被普遍认为是生长GaN体单晶的一种很有前途的方法.本文主要论述了在不同矿化剂生长条件下GaN晶体的氨热法生长进展,指出了存在的问题,并给出了一些解决办法.