含有低温AlN插入层的厚膜GaN的氢化物气相外延生长
不同载气对GaN薄膜外延生长影响的研究进展
不同载气对GaN薄膜外延生长影响的研究进展氮化镓（GaN）作为直接带隙半导体材料，是典型的Ⅲ-Ⅴ化合物半导体，由其化合物形成的二元和三元合金（Al，Ga，In）N带隙宽度能够实现在可见光谱上的全覆盖并延伸至深紫外波段[1]。
相较于第一代和第二代半导体材料，GaN半导体材料在带隙宽度、击穿场强、导热性能和化学稳定性等方面有着明显的优势，凭借着优越的光学和电学性能使其成为新兴半导体光电产业的核心材料和基础器件，已经用于制造高亮度蓝绿光LED、蓝光激光二极管、紫外光电探测器以及高电子迁移率晶体管等，在光电子、微电子以及声电子领域中具有举足轻重的地位和广泛的应用前景[2-5]。
在实际应用中，高品质GaN薄膜的制备是至关重要的，直接决定了器件性能乃至集成电路的整体品质。
1969年，P.Maruska等人通过氢化物气相外延（HVPE）技术在蓝宝石衬底上成功获得了GaN单晶薄膜，研究人员才对该材料引发兴趣[6]。
但是受限于同质衬底的缺少，GaN薄膜只能在异质衬底上外延生长，由此产生的晶格失配和热失配导致在外延膜中存在较大的应变和位错，极大的限制了GaN材料的发展。
1986年，H.Amano等使用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术在蓝宝石衬底上通过生长低温氮化铝（AlN）成核层后高温生长GaN获得了高品质的GaN薄膜[7]，极大地引起了研究人员和业界的关注。
随后，S.Nakamura等改进该方法为首先生长低温GaN成核层后生长高温GaN薄膜，通过该两步生长法进一步改善了GaN薄膜的晶体质量[8-9]。
自此之后，利用MOCVD 技术通过两步生长法获得GaN薄膜的方式逐步成为业界的主要制备方法，对其工艺优化也从未停止，众多研究者从衬底材料[10-12]、缓冲层[13-15]和生长条件[16-18]等众多方面进行研究以求降低缺陷和位错，从而提高薄膜质量。
在各种影响GaN薄膜生长品质的因素中，载气的选择发挥着重要的作用，对生长机制和反应条件控制有重要影响，近年来受到了研究人员的关注。
GaN外延片的主要生长方法
GaN外延片的主要生长方法2008-1-14外延技术与设备是外延片制造技术的关键所在，金属有机物化学气相淀积(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD)技术生长III-V族，II-VI族化合物及合金的薄层单晶的主要方法。
II、III族金属有机化合物通常为甲基或乙基化合物，如：Ga(CH3)3，In(CH3)3，Al(CH3)3，Ga(C2H5)3，Zn(C2H5)3等，它们大多数是高蒸汽压的液体或固体。
用氢气或氮气作为载气，通入液体中携带出蒸汽，与V族的氢化物（如NH3，PH3，AsH3）混合，再通入反应室，在加热的衬底表面发生反应，外延生长化合物晶体薄膜。
MOCVD具有以下优点：用来生长化合物晶体的各组份和掺杂剂都可以以气态方式通入反应室中，可以通过控制各种气体的流量来控制外延层的组分，导电类型，载流子浓度，厚度等特性。
因有抽气装置，反应室中气体流速快，对于异质外延时，反应气体切换很快，可以得到陡峭的界面。
外延发生在加热的衬底的表面上，通过监控衬底的温度可以控制反应过程。
在一定条件下，外延层的生长速度与金属有机源的供应量成正比。
MOCVD及相关设备技术发展现状：MOCVD 技术自二十世纪六十年代首先提出以来，经过七十至八十年代的发展，九十年代已经成为砷化镓、磷化铟等光电子材料外延片制备的核心生长技术。
目前已经在砷化镓、磷化铟等光电子材料生产中得到广泛应用。
日本科学家Nakamura将MOCVD应用氮化镓材料制备，利用他自己研制的MOCVD设备(一种非常特殊的反应室结构)，于1994年首先生产出高亮度蓝光和绿光发光二极管，1998年实现了室温下连续激射10,000小时，取得了划时代的进展。
到目前为止，MOCVD是制备氮化镓发光二极管和激光器外延片的主流方法，从生长的氮化镓外延片和器件的性能以及生产成本等主要指标来看，还没有其它方法能与之相比。
GaN薄膜制备技术的研究进展
GaN薄膜制备技术的研究进展摘要：由于GaN 薄膜有希望应用在紫外或蓝光发光器件、探测器以及高速场效应晶体管、高温电子器件,GaN 材料是当前研究的一个焦点。
本文综述了近年来国内外GaN薄膜制备技术的研究进展，并重点介绍了其发展历程、所使用的设备和技术、各自的优缺点及应用前景。
通过比较这些技术的优缺点展望了制备GaN 薄膜技术的发展前景。
关键词：GaN薄膜制备方法 CVD前言：近年来，Ⅲ一V族宽带隙(E>2．3eV)的氮化物材料已成为半导体领域的研究热点，其中，GaN具有直接宽禁带(室温下Eg一3．39eV)、发光效率高、电子漂移饱和速度高、热导率高、硬度大、介电常数小、化学性质稳定以及抗辐射、耐高温等特点。
目前，GaN是制作高亮度蓝光发光二极管(LED)、激光二极管(LD)和异质结场效应晶体管(HFETs)等光电子器件以及抗辐射、抗高频、抗高温、抗高压等电子器件的理想材料。
早在2O世纪3O年代Johnson等就采用金属镓(Ga)和氨气(NH。
)反应得到了GaN小晶粒和粉末。
由于在实际应用中所使用的氮化镓(GaN)材料主要为薄膜形式，研究人员尝试用多种方法来制备GaN 薄膜，最早出现的是氢化物气相外延(HVPE)，随后是金属有机气相沉积(MOCVD)和分子束外延(MBE)，目前又出现了一些比较新型的方法，如电泳沉积、脉冲激光沉积、磁控溅射(MS)、溶胶一凝胶(Sol—ge1)等。
然而，要制备高质量、低成本的GaN薄膜，现在采用的各种制备工艺还存在一定的局限性，因此发展合适的生长方法是研究者关注与探索的目标。
【1】1 制备方法1.1 化学气相沉积(CVD)CVD具有设备简单、易于操作、生长条件可控、成本低等优点。
目前已有报道证实，在既不需要催化剂也不需要模板的情况下，利用该设备能成功获得GaN 薄膜。
采用此法成功地制得了尺寸一致、分布均匀、致密度较高、没有龟裂的高质量GaN薄膜。
CVD方法的主要不足是：沉积速率低；若反应物为高温下易氧化的物质，则需保证反应室无氧；反应温度较高，一般在1000℃以上，故衬底要耐高温。
载气对氢化物气相外延生长厚层GaN基片的影响
实 验 样 片 采 用 测 厚 仪测 量 弯 曲拱 高 ， 由式 （ ） 算 曲 率 半 ２计 径 ， 中曲率 半 径 ，弧 长 、 高 ｈ 所 得 数据 对 比如 图 ３所 示 。 其 、 拱 。
ｈ ＝ｒ
１
般 来 说 Ｇ Ｎ生 长 过 程 中位 错 主 要 是 在 成 核 岛 合 并 过 程 ａ
图 ２给 出 的是 分 别 采 用 Ｎ 和 Ｈ 载 气 生 长 Ｇ Ｎ 的 成 核 岛 ： ： ａ
在 电镜 下 的表 面 形貌 图 。
图 ３ 拱 高 与 曲率 半 径对 比 图
由此 可 看 出 在 Ｈ 、 合 条 件 下 生 长 的样 片 弯 曲 度 小 于 Ｎ 混
Ｎ 条 件 下 的样 片 ， 相 差 很 大 。分 析 其 原 因 ， Ｈ：Ｎ 混 合 为 且 以 、：
载 气 的生 长 受 Ｈ 影 响 ， 生 长 过 程 中很 容 易 出现 坑 状 表 面 ， 在 为 了使 晶体 长 合 得 到 光 滑 表 面 ， 要 对 缓 冲层 生 长 进 行 控 制 。 需 Ｈ、
Ｎ 混 合 条 件 下 缓 冲层 生 长 时 间 较 Ｎ 条 件 下 有 所 增 加 ， Ｎ 晶 Ｇａ
图 １ 示 。从 试 验结 果 我 们 可 以 看 出 Ｎ 条 件 下 的样 片 Ｏ 、 ２ 所 ｌ０
gan同质衬底制备及mocvd外延生长
同质衬底制备及MOCVD外延生长1.概述同质衬底是一种在外延生长过程中用于提供晶格匹配的基底材料，对于高品质薄膜的生长具有至关重要的作用。
MOCVD（金属有机化学气相沉积）外延生长技术则是一种常用的材料生长方法，通过MOCVD外延生长可以获得高质量、高晶质度的薄膜材料。
同质衬底制备及MOCVD外延生长技术的研究具有重要的理论和应用价值。
2.同质衬底制备同质衬底制备的关键在于选择合适的基底材料，并进行相应的前处理工艺，以确保获得高质量的衬底。
常见的同质衬底材料包括氧化镁、氧化铝、氧化锆等。
制备同质衬底的工艺包括材料粉末的制备、坯料的烧结、晶体生长等步骤，其中烧结工艺对于提高衬底的结晶质量至关重要。
3. MOCVD外延生长MOCVD外延生长是一种常用的薄膜生长技术，它通过将金属有机化合物和载气输送到衬底表面，利用化学气相反应形成所需材料的薄膜。
MOCVD外延生长技术具有高生长速率、高晶质度、成膜均匀性好等优点，并且适用于多种材料的生长。
在MOCVD外延生长过程中，反应温度、反应压力、外延速率、反应气氛等参数对生长薄膜的质量有着重要的影响。
4. MOCVD外延生长中的同质衬底应用在MOCVD外延生长过程中，同质衬底的选择对于提高薄膜的结晶质量和降低缺陷密度具有重要作用。
合适的同质衬底可以提供良好的晶格匹配，减小晶格失配引起的位错和应变，从而提高外延薄膜的质量。
同质衬底的表面形貌和化学性质对于外延薄膜的成核和生长也有着直接的影响。
5. 结论同质衬底制备及MOCVD外延生长技术是一项重要的研究课题，在新材料的开发和应用中具有广阔的前景。
未来的研究可以进一步探索改进同质衬底制备工艺，提高衬底的结晶质量和生长均匀性，优化MOCVD外延生长的参数和工艺，以满足对高质量薄膜材料的需求。
还可以开展同质衬底在其他生长技术中的应用研究，拓展同质衬底在材料生长中的应用领域。
希望该研究能够为新材料的研发和应用提供有益的参考。
氢化物气相外延生长锰掺杂的氮化镓的性质研究
氢化物气相外延生长锰掺杂的氮化镓的性质研究【摘要】我们采用氢化物气相外延方法生长了锰掺杂的氮化镓薄膜。
使用X光衍射仪（XRD），喇曼散射仪来研究样品的性质。
在锰掺杂氮化镓薄膜的XRD 谱里，可以发现有镓锰和镓锰氮化合物成分。
除了氮化镓的峰，锰掺杂样品的喇曼谱上在670cm-1处有一个峰，在150，300and450cm-1附近分别有一个展宽结构。
我们认为在150，300和670cm-1处的三个模式是由于无序激活喇曼散射引起的，在450cm-1处的模式是镓-锰键的局域振荡引起的。
【关键词】氢化物气相外延锰掺杂氮化镓目前，铁磁半导体由于在自旋电子学方面有潜在的应用价值而引起人们的关注。
普通III-V族半导体在进行锰（Mn）掺杂后就能出现铁磁性，因此研究人员对此进行了广泛的研究。
在这些III-V族材料中，氮化镓（GaN）受到特别的关注。
Dietl.T等人预计Mn掺杂的GaN的居里温度可以超过室温[1]。
对GaN材料进行Mn掺杂可以采用原位生长或是离子注入方法。
据报道，研究人员采用多种生长方法来进行Mn掺杂，包括再升华方法（the resublimation method）[2]、氨热化方法（the ammonothermal method）[3]、金属有机物化学气相淀积方法（the metalorganic chemical vapor deposition）[4]和分子束外延方法（the molecular beam epitaxy）[5]等。
但据我们所知，还没有采用氢化物气相外延方法（hydride vapor phase epitaxy，以下简称为氢化物外延）生长Mn掺杂的GaN的报道。
在本文中，我们报道了用这种方法生长的Mn掺杂的GaN薄膜的一些性质：使用X光衍射仪来研究薄膜的晶体结构，喇曼散射仪来研究薄膜的局域结构。
我们用氢化物外延在（0001）晶向的蓝宝石上生长了两种GaN薄膜，一种是非故意掺杂薄膜，另一种是Mn掺杂的薄膜。
GaN材料的外延
GaN材料的外延2012-5-11 09:29:14本文列举氮化物在外延方面所改良的方式，使大家都能知道氮化物的发展进步过程并启发大家发展外延技术的思路。
* P1 ]; p5 氮化物外延所遇到的困难及改良1、改善GaN与蓝宝石之间晶格不匹配的问题：在蓝光发光材料研究初期，大部分的研究人员都看好ZnSe系材料，因为虽然与GaN相同，它们都有组成元素的高蒸气压(以GaN为例，其生长要在一万至两万大气压,温度在1500-1600℃左右)、不易形成p型半导体的缺点，但是GaN更面临到没有晶格常数匹配的合适衬底。
但是当时日本的赤崎教授并没有放弃，并在1985年时使用MOCVD法以较低温在蓝宝石衬底上先长出一成AlN缓冲层，再生长GaN 外延层，结果不但解决了直接将GaN生长在蓝宝石上所产生的外延面不平坦及龟裂问题，也为GaN材料带来了一线曙光。
2、GaN的p型参杂：1989年，赤崎博士和它的学生正以电子显微镜观察掺Mg的GaN外延片时，晶片上的光点因受到电子的冲击而越亮。
事后再去测量电阻时竟发现电阻由刚生长时的108Ωcm降到35Ωcm左右而得到p型的GaN外延膜，但当时对于p型参杂的原因仍并不清楚。
3、MOCVD装置的再改良：双流式MOCVD及现场监测(in situ)外延法的建立。
日本的中村博士在1990年9月时完成了双流式(Two Flow)MOCVD装置，并应用此系统直接在蓝宝石上长出GaN外延层，可得到当时最好质量且均匀的外延材料(其空穴迁移率为200cm2/V·S，比当时的50cm2/V·S高出许多)。
但仍不够理想。
同一年，中村博士使用红外线温度计观察GaN 外延的生长温度时发现温度在做周期性摆动，经过讨论后发现在有AlN缓冲层时生长的外延层中摆动的情形比没有AlN缓冲层还明显，这是因为外延膜面较为平坦之因。
利用这个原理，便发展出实时观测(in situ)外延法的技术，对于GaN之后外延质量的控制有很大的贡献。