GaN薄膜
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gan紫外探测器高电子迁移的gan晶体管发光二极管gan有源区透射电子显微镜截面图gan晶片c面gan基板产品gan紫外探测仪对于gan材料长期以来由于衬底单晶没有解决异质外延缺陷密度相当高但是器件水平已可实用化
具体内容
• • • • • • • 引言 结构性质 电学性质 光学性质 化学特性 制备方法 应用领域
化学性质
• 在室温下，GaN不溶于水、酸和碱，而在 热的碱溶液中以非常缓慢的速度溶解。 NaOH、H2SO4和H3PO4能较快地腐蚀质 量差的GaN，可用于这些质量不高的GaN 晶体的缺陷检测。GaN在HCL或H2气下， 在高温下呈现不稳定特性，而在N2气下最 为稳定。
硅基GaN薄膜的外延生长
• GaN薄膜的外延生长是在真空反应炉里进行的.生长系统背景真空度 优于1×10-5Pa,它与GS2MBE的最大不同之处在于Ga源的蒸发是在 生长室内进行的,蒸发出的Ga分子在到达衬底表面的过程中不断地补 充能量来满足克服Ga与NH3反应势垒所需的活化能. • 实验采用晶向为〈111〉的Si片做衬底.固态金属镓作Ga源,氨气和氮 气作氮源,其纯度均为5N.具体实验过程如下:硅片采用传统的RCA清洗 方法,清洗完毕后,立即放入生长室,开始抽真空,当达到背景真空度后, 升温至950℃通入NH3进行原位清洗20分钟,然后开始外延生长,生长 温度控制在900～1100℃之间.改变实验条件,生长速度可以在每小时 014Λm到2Λm之间变化 • .样品制备好后,利用扫描电镜观察GaN薄膜的表面形态,X射线双晶衍 射对其晶体学性质进行测试,采用HITACH2850型荧光光谱仪对GaN外 延层进行了的室温下的光致发光谱测试.仪器采用150W的氙灯发射波 长可连续变化的光经光栅分光后作为激发光源.样品测试采用的激发光 波长为288nm.
光学性质
• 人们关注的GaN的特性，旨在它在蓝光和 紫光发射器件上的应用。Maruska和Tietjen 首先精确地测量了GaN直接隙能量为 3.39eV。几个小组研究了GaN带隙与温度 的依赖关系，Pankove等人估算了一个带隙 温度系数的经验公式：dE/dT=－6.0×10－ 4eV/k。 Monemar测定了基本的带隙为 3.503eV±0.0005eV，在1.6k温度下为 Eg=3.503＋（5.08×10－4T2)/(T－996) eV。GaN 材料在室温下的光学带隙为 3.39eV 。
应用前景
欢迎大家课后能与我们共同探讨关于GaN更深入的问题！
GaN紫外探测仪
• 对于GaN材料，长期以来由于衬底单晶没有解决，异质外 延缺陷密度相当高，但是器件水平已可实用化。1994年日 亚化学所制成1200mcd的 LED，1995年又制成Zcd蓝光 （450nmLED），绿光12cd(520nmLED);日本1998年制 定一个采用宽禁带氮化物材料开发LED的 7年规划，其目 标是到2005年研制密封在荧光管内、并能发出白色光的高 能量紫外光LED，这种白色LED的功耗仅为白炽灯的1/8， 是荧光灯的1/2, 其寿命是传统荧光灯的50倍～100倍。这 证明GaN材料的研制工作已取相当成功，并进入了实用化 阶段。InGaN系合金的生成，InGaN/AlGaN 双质结LED， InGaN单量子阱LED，InGaN多量子阱LED等相继开发成 功。InGaNSQWLED6cd高亮度纯绿茶色、2cd高亮度蓝 色 LED已制作出来，今后，与AlGaP、AlGaAs系红色 LED组合形成亮亮度全色显示就可实现。这样三原色混成 的白色光光源也打开新的应用领域,以高可靠、长寿命LED 为特征的时代就会到来。日光灯和电灯泡都将会被LED所 替代。LED将成为主导产品，GaN晶体管也将随材料生长 和器件工艺的发展而迅猛发展，成为新一代高温度频大功 率器件。
结构性质
• GaN别名：皮萨草 • 分子量：83.72 • 禁带宽度宽度：在T=300K时为3.2~3.3eV
• GaN 独特的性质使得这种材料具有广泛的应用价 值，而材料的特性又是由成键状态和几何结构决 定的。GaN 具有两种晶体结构，即在常温常压下 的纤锌矿结构和亚稳态立方闪锌矿结构。GaN 体 材料的密度是6.1g/cm3，是稳定、坚硬的高熔点 材料，熔点温度约为1700oC，具有III．V 族化合 物中最高的电离度(0.5或0.43)
引言
苹果再遭起诉！2013年 7月4日，波士顿大学起 诉苹果侵犯专利苹果的 iPhone 5，iPad 和 MacBook Air 等产品都 使用了一种叫做“高绝 缘单晶氮化镓薄膜”的 专利，构成了侵权。 在这场官司的后面，我们不难看出，它是一场由新材 料而引发的官司，这个新材料就是我们组给大家讲解的 氮化镓薄膜，下面就由我们在这里为大家揭开氮化镓薄 膜神秘的面纱。
制备方法
• (1) 磁控溅射+自组装反应式制备GaN薄膜
• (2)热壁化学气相沉积法制备GaN薄膜。 • (3)电泳沉积法制备GaN薄膜
应用领域
• GaN基新型电子器件 • GaN基光电器件 • GaN紫外探测器
高电子迁移的GaN晶体管
发光二极管GaN有源区透 射电子显微镜截面图 GaN晶片
c面GaN基板产品
Ga N一 般 呈纤锌矿结构，晶格常数为a=0.3189nm,c= 0.5185nm[31]，每个晶胞含4个原子，配位数4；它还具有 一种闪锌矿结构，a=0.452nm[13]，每个晶GaN的电学特性是影响器件的主要因素。未有意掺杂 的GaN在各种情况下都呈n型,最好的样品的电子浓度 约为4×1016/cm3。一般情况下所制备的P型样品，都 是高补偿的。 • 很多研究小组都从事过这方面的研究工作，其中中村 报道了GaN最高迁移率数据在室温和液氮温度下分别 为μn=600c㎡/v•s和μn= 1500c㎡/v•s，相应的载流子 浓度为n=4×1016/cm3和n=8×1015/cm3。近年报道 的MOCVD沉积GaN层的电子浓度数值为4 ×1016/cm3、<1016/cm3；等离子激活MBE的结果为 8×103/cm3、<1017/cm3。 • 未掺杂载流子浓度可控制在1014～1020/cm3范围。 另外，通过P型掺杂工艺和Mg的低能电子束辐照或热 退火处理，已能将掺杂浓度控制在1011～1020/cm3 范围。
具体内容
• • • • • • • 引言 结构性质 电学性质 光学性质 化学特性 制备方法 应用领域
化学性质
• 在室温下，GaN不溶于水、酸和碱，而在 热的碱溶液中以非常缓慢的速度溶解。 NaOH、H2SO4和H3PO4能较快地腐蚀质 量差的GaN，可用于这些质量不高的GaN 晶体的缺陷检测。GaN在HCL或H2气下， 在高温下呈现不稳定特性，而在N2气下最 为稳定。
硅基GaN薄膜的外延生长
• GaN薄膜的外延生长是在真空反应炉里进行的.生长系统背景真空度 优于1×10-5Pa,它与GS2MBE的最大不同之处在于Ga源的蒸发是在 生长室内进行的,蒸发出的Ga分子在到达衬底表面的过程中不断地补 充能量来满足克服Ga与NH3反应势垒所需的活化能. • 实验采用晶向为〈111〉的Si片做衬底.固态金属镓作Ga源,氨气和氮 气作氮源,其纯度均为5N.具体实验过程如下:硅片采用传统的RCA清洗 方法,清洗完毕后,立即放入生长室,开始抽真空,当达到背景真空度后, 升温至950℃通入NH3进行原位清洗20分钟,然后开始外延生长,生长 温度控制在900～1100℃之间.改变实验条件,生长速度可以在每小时 014Λm到2Λm之间变化 • .样品制备好后,利用扫描电镜观察GaN薄膜的表面形态,X射线双晶衍 射对其晶体学性质进行测试,采用HITACH2850型荧光光谱仪对GaN外 延层进行了的室温下的光致发光谱测试.仪器采用150W的氙灯发射波 长可连续变化的光经光栅分光后作为激发光源.样品测试采用的激发光 波长为288nm.
光学性质
• 人们关注的GaN的特性，旨在它在蓝光和 紫光发射器件上的应用。Maruska和Tietjen 首先精确地测量了GaN直接隙能量为 3.39eV。几个小组研究了GaN带隙与温度 的依赖关系，Pankove等人估算了一个带隙 温度系数的经验公式：dE/dT=－6.0×10－ 4eV/k。 Monemar测定了基本的带隙为 3.503eV±0.0005eV，在1.6k温度下为 Eg=3.503＋（5.08×10－4T2)/(T－996) eV。GaN 材料在室温下的光学带隙为 3.39eV 。
应用前景
欢迎大家课后能与我们共同探讨关于GaN更深入的问题！
GaN紫外探测仪
• 对于GaN材料，长期以来由于衬底单晶没有解决，异质外 延缺陷密度相当高，但是器件水平已可实用化。1994年日 亚化学所制成1200mcd的 LED，1995年又制成Zcd蓝光 （450nmLED），绿光12cd(520nmLED);日本1998年制 定一个采用宽禁带氮化物材料开发LED的 7年规划，其目 标是到2005年研制密封在荧光管内、并能发出白色光的高 能量紫外光LED，这种白色LED的功耗仅为白炽灯的1/8， 是荧光灯的1/2, 其寿命是传统荧光灯的50倍～100倍。这 证明GaN材料的研制工作已取相当成功，并进入了实用化 阶段。InGaN系合金的生成，InGaN/AlGaN 双质结LED， InGaN单量子阱LED，InGaN多量子阱LED等相继开发成 功。InGaNSQWLED6cd高亮度纯绿茶色、2cd高亮度蓝 色 LED已制作出来，今后，与AlGaP、AlGaAs系红色 LED组合形成亮亮度全色显示就可实现。这样三原色混成 的白色光光源也打开新的应用领域,以高可靠、长寿命LED 为特征的时代就会到来。日光灯和电灯泡都将会被LED所 替代。LED将成为主导产品，GaN晶体管也将随材料生长 和器件工艺的发展而迅猛发展，成为新一代高温度频大功 率器件。
结构性质
• GaN别名：皮萨草 • 分子量：83.72 • 禁带宽度宽度：在T=300K时为3.2~3.3eV
• GaN 独特的性质使得这种材料具有广泛的应用价 值，而材料的特性又是由成键状态和几何结构决 定的。GaN 具有两种晶体结构，即在常温常压下 的纤锌矿结构和亚稳态立方闪锌矿结构。GaN 体 材料的密度是6.1g/cm3，是稳定、坚硬的高熔点 材料，熔点温度约为1700oC，具有III．V 族化合 物中最高的电离度(0.5或0.43)
引言
苹果再遭起诉！2013年 7月4日，波士顿大学起 诉苹果侵犯专利苹果的 iPhone 5，iPad 和 MacBook Air 等产品都 使用了一种叫做“高绝 缘单晶氮化镓薄膜”的 专利，构成了侵权。 在这场官司的后面，我们不难看出，它是一场由新材 料而引发的官司，这个新材料就是我们组给大家讲解的 氮化镓薄膜，下面就由我们在这里为大家揭开氮化镓薄 膜神秘的面纱。
制备方法
• (1) 磁控溅射+自组装反应式制备GaN薄膜
• (2)热壁化学气相沉积法制备GaN薄膜。 • (3)电泳沉积法制备GaN薄膜
应用领域
• GaN基新型电子器件 • GaN基光电器件 • GaN紫外探测器
高电子迁移的GaN晶体管
发光二极管GaN有源区透 射电子显微镜截面图 GaN晶片
c面GaN基板产品
Ga N一 般 呈纤锌矿结构，晶格常数为a=0.3189nm,c= 0.5185nm[31]，每个晶胞含4个原子，配位数4；它还具有 一种闪锌矿结构，a=0.452nm[13]，每个晶GaN的电学特性是影响器件的主要因素。未有意掺杂 的GaN在各种情况下都呈n型,最好的样品的电子浓度 约为4×1016/cm3。一般情况下所制备的P型样品，都 是高补偿的。 • 很多研究小组都从事过这方面的研究工作，其中中村 报道了GaN最高迁移率数据在室温和液氮温度下分别 为μn=600c㎡/v•s和μn= 1500c㎡/v•s，相应的载流子 浓度为n=4×1016/cm3和n=8×1015/cm3。近年报道 的MOCVD沉积GaN层的电子浓度数值为4 ×1016/cm3、<1016/cm3；等离子激活MBE的结果为 8×103/cm3、<1017/cm3。 • 未掺杂载流子浓度可控制在1014～1020/cm3范围。 另外，通过P型掺杂工艺和Mg的低能电子束辐照或热 退火处理，已能将掺杂浓度控制在1011～1020/cm3 范围。