简单介绍氮化镓

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1、打分表：选题范围20%内容创新及价值40%文字撰写水平20%格式规范情况20%总分说明：红色部分为需撰写内容。●化学科学概论研究型学习课程论文●来自未来的半导体--氮化镓徐鹏威（机械1401班）摘要：本文对氮化镓的特性及应用的相关信息进行查询。将找到的信息进行分类总结，并提出自己对它的发展的一种展望关键词：氮化镓；半导体；特性；应用；发展前景一、引言在《环球科学》2015年1月刊中有一篇文章“设计柔性显示屏”中说到一种可以替代易碎屏幕的柔性LED。科学家首先在超薄石墨烯衬底上生长了一层氮化镓（galliumnitride）缓冲层，随资讯沃尔沃推出可折叠太阳能充电伞后再在缓冲层上

2、生长出垂直排列的氮化镓微米棒。氮化镓是一种发光晶体材料，而石墨烯则由一层碳原子构成，具有很好的柔韧性、导电性和机械强度。接下来，他们把这些石墨烯－LED层从原来的铜基底上剥离下来，转移到柔韧的聚合物上——这就得到了可弯曲显示屏的雏形。这些东西勾起了我对氮化镓的兴趣，进一步的研究，发现它的能力还不止于此，在未来它必将绽放耀眼的光芒。二、氮化镓的出身2.1氮化镓的简介这是一种具有较大禁带宽度的半导体，属于所谓宽禁带半导体之列。它是微波功率晶体管的优良材料，也是蓝色光发光器件中的一种具有重要应用价值的半导体。2.2氮化镓的制备MOCVD（金属有机物气相沉积法）是在气相外延生长的基础上

3、发展起来的一种新型气相外延生长技术。在采用MOCVD法制备GaN单晶的传统工艺中，通常以三甲基镓作为镓源，氨气作为氮源，以蓝宝石(Al2O3)作为衬底，并用氢气和氮气这种两种气体的混合气体作为载气，将反应物载入反应腔内，加热到一定温度下使其发生反应，能够在衬底上生成GaN的分子团，在衬底表面上吸附、成核、生长，最终形成一层GaN单晶薄膜。采用MOCVD法制备的产量大，生长周期短，适合用于大批量生产。但生长完毕后需要进行退火处理，最后得到的薄膜可能会存在裂纹，会影响产品的质量。电化学法:欲将GaN薄膜转化成纳米形态，可以使用电化学法。该方法先将制备好的GaN薄膜采用电子束蒸发法在

4、其表面沉积1～2μm的铝膜，呈现出灰色光滑的镜面。再对铝膜进行阳极氧化处理，可以制备出多孔状的AAO掩模。然后将掩模的GaN材料置于等离子体刻蚀机中在氯气与惰性气体混合的气氛下进行5～10min的ICP刻蚀，ICP功率和RF功率分别为400W和150W，腔压约0.5Pa，刻蚀完成后可以得到纳米尺度的多孔GaN。此方法的技术要求较高，合成出的纳米GaN质量也较好。三、氮化镓的特性3.1基础特性化学方面：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。电学方

5、面：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。GaN最高迁移率数据在室温和液氮温度下分别为μn=600cm2/v·s和μn=1500cm2/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

6、度控制在1011～1020/cm3范围。3.2关键特性禁带宽度大（3.4eV），热导率高（1.3W/cm-K），在室温下带隙宽为3.39eV，具有优良的光、电学性质和优异的机械性质及热稳定性，理想的短波长发光器件材料，GaN及其合金的带隙覆盖了从红色到紫外的光谱范围导带底在Γ点，而且与导带的其他能谷之间能量差大，则不易产生谷间散射，从而能得到很高的强场漂移速度（电子漂移速度不易饱和），因此具有低的热产生率和高的击穿电场。GaN易与AlN、InN等构成混晶，能制成各种异质结构，已经得到了低温下迁移率达到105cm2/Vs的2-DEG（因为2-DEG面密度较高，有效地屏蔽了光学声子

7、散射、电离杂质散射和压电散射等因素）；晶格对称性比较低（为六方纤锌矿结构或四方亚稳的闪锌矿结构），具有很强的压电性（非中心对称所致）和铁电性（沿六方c轴自发极化）：在异质结界面附近产生很强的压电极化（极化电场达2MV/cm）和自发极化（极化电场达3MV/cm），感生出极高密度的界面电荷，强烈调制了异质结的能带结构，加强了对2-DEG的二维空间限制，从而提高了2-DEG的面密度（在AlGaN/GaN异质结中可达到1013/cm2，这比AlGaAs/GaAs异质结中的高一个数量级），这对器件工作