GaN半导体材料综述功能纳米材料

GaN半导体材料综述

课程名称: 纳米功能材料与器件

学生姓名: XX

学院: 新材料技术研究院

学号: XXXX

班级: XXXX

任课老师: 顾有松

评分:

2015-12

目录

1前言 ................................................................................................................................ 2GaN材料的性能研究....................................................................................................

2.1物理性质...........................................................................................................

2.2化学性质...........................................................................................................

2.3电学性质...........................................................................................................

2.4光学性质........................................................................................................... 3GaN材料的制备............................................................................................................

3.1金属有机化学气相外延技术(MOCVD) .........................................................

3.2分子束外延(MBE) ...........................................................................................

3.3氢化物气相外延(HVPE).................................................................................. 4GaN材料的器件构建与性能........................................................................................

4.1GaN基发光二极管(LED)................................................................................

4.2GaN基激光二极管(LD) ..................................................................................

4.3GaN基电子器件 ..............................................................................................

4.4GaN基紫外光探测器 ...................................................................................... 5结论 ................................................................................................................................ 参考文献................................................................................................................................

1前言

继硅（Si）引导的第一代半导体和砷化镓（GaAs）引导的第二代半导体后，以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）为代表的第三代半导体材料闪亮登场并已逐步发展壮大。

作为第三代半导体的典型代表，GaN材料是一种直接带隙以及宽带隙半导体材料。室温下其禁带宽度为3.4eV，具有高临界击穿电场、高电子漂移速度、高热导、耐高温、抗腐蚀、抗辐射等优良特性，是制作短波长发光器件、光电探测器以及高温、高频、大功率电子器件的理想材料。随着纳米技术的发展，III族氮化物一维纳米结构在发光二极管、场效应晶体管以及太阳能电池领域都具有极大的潜在应用。进入20世纪90年代以后，由于一些关键技术获得突破以及材料生长和器件工艺水平的不断提高,使GaN材料研究空前活跃，GaN基器件发展十分迅速。基于具有优异性质的纳米尺寸材料制造纳米器件是很有意义的，GaN纳米结构特别是纳米线是满足这种要求的一种很有希望的材料[1]。

本论文主要介绍了GaN材料的性能研究、制备方法研究、器件构建与性能三个方面的内容，并最后进行了总结性阐述，全面概括了GaN材料的基本内容。

2GaN材料的性能研究

2.1物理性质

GaN是一种宽带隙半导体材料，在室温下其禁带宽度约为3.4 eV；Ga和N原子之间很强的化学键，使其具有高达1700℃的熔点；电子漂移饱和速度高，且掺杂浓度对其影响不大；抗辐射、介电常数小、热产生率低和击穿电场高等特点。通常情况下GaN的晶体结构主要为六方纤锌矿结构和立方闪锌矿结构，前者为稳态结构，后者为亚稳态结构，在极端高压情况下也会表现为立方熔盐矿结构[2]。目前各种器件中使用到的都是六方GaN，其晶体结构如图2-1所示。

图2-1 GaN方纤锌矿结构(a)黑色为Ga原子，灰色为N原子；(b)Ga和N原子的成键形式2.2化学性质

GaN的化学性质非常稳定，在室温下它既不与水发生反应，也不和酸或碱发生化学反应，但能缓慢地溶解在热的碱性溶液中。由于GaN的稳定性，对其表面进行刻蚀是非常困难的。目前，在工业生产中主要采用等离子体刻蚀的方法对GaN的表面进行处理[2]。