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1、3半导体材料的华丽家族———氮化镓基材料简介孙 殿 照(中国科学院半导体研究所材料中心 北京 100083)摘 要 GaN基氮化物材料已成功地用于制备蓝、绿、紫外光发光器件,日光盲紫外探测器以及高温、大功率微波电子器件.由于该材料具有大的禁带宽度、高的压电和热电系数,它们还有很强的其他应用潜力,诸如做非挥发存储器以及利用压电和热电效应的电子器件等.在20世纪80年代末和90年代初,在GaN基氮化物材料的生长工艺上的突破引发了90年代GaN基器件,特别是光电子和高温、大功率微波器件方面的迅猛发展.文章评述了GaN基氮化物的材料特性、生长技术和相关器
2、件应用.关键词 氮化镓,GaN,宽禁带半导体EXOTICFAMILYOFSEMICONDUCTORMATERIALS———BRIEFINTRODUCTIONTOGaNBASEDMATERIALSSUNDian2Zhao(MaterialCenter,InstituteofSemiconductors,ChineseAcademyofSciences,Beijing100083,China)AbstractGaNbasednitrideshavebeensuccessfullyusedinbluePgreenPvioletlight2emittin
3、gdevices,UVsolar2blindoptoelectronicdetectorsandhigh2temperature,high2powermicrowaveelectronicdevices.Duetotheirlargebandgaps,highpyroelectronicandpiezoelectronicefficiencies,theyalsohavestrongpotentialforapplicationsinotherdevicessuchasnonvolatilememoriesandinpyroelectronican
4、dpiezoelectronicdevices.Thebreakthroughsachievedatthetimearoundtheendofthe1980sinthegrowthtechniqueofGaNbasedmaterialshaveledtosignificantprogressinthe1990sofGaN2baseddevices,inparticular,optoelectronicdevicesandhigh2temperature,high2powermicrowavedevices.Areviewisgiv2enhereof
5、thecharacteristics,growthtechniquesandvariousdevicesofGaN2basednitridematerials.KeywordsGaN,wide2bandgapsemiconductors两套面心立方结构沿对角线方向平移1P4对角线长1 氮化镓基材料的特点及其应用度套构而成.这两种结构基本类似,每个Ⅲ(V)族原子都与最近邻的4个V(Ⅲ)族原子成键.其区别在氮化镓基材料,或称氮化镓及其相关氮化物材于堆垛顺序.纤锌矿沿c轴〈0001〉方向的堆垛顺序料、Ⅲ-N材料,是指元素周期表中ⅢA族元素铝、为ABABA
6、B⋯,闪锌矿沿〈111〉方向的堆垛顺序为镓、铟和V族元素氮形成的化合物(GaN,InN,AlN)ABCABC⋯.在通常的条件下,热力学稳定相是纤锌以及由它们组成的多元合金材料(InxGa1-xN,矿结构,而闪锌矿结构是亚稳态,只有在衬底上异质AlxGa1-xN等).这些化合物的化学键主要是共价外延材料才是稳定的.两种结构的能量差序列是:ΔE(GaN)<ΔE(InN)<ΔE(AlN),这表明在GaN中键,由于两种组分在电负性上的较大的差别,在该化混相问题最为严重.镓氮基材料是宽禁带半导体材合物键中有相当大的离子键成分,它决定了各结构料.纤锌矿结构的Ⅲ
7、2N材料都是直接带隙材料,随相的稳定性.Ⅲ族氮化物AlN,GaN和InN可以结晶着合金组分的改变,其禁带宽度可以从InN的119eV成下列三种结构:(1)纤锌矿(α相);(2)闪锌矿(β相);(3)岩盐矿.纤锌矿结构是由两套六方密堆积结构沿c轴方向平移5cP8套构而成,闪锌矿结构则由32000-08-30收到初稿,2000-11-23修回30卷(2001年)7期·413·©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.[1,2]连续变化到GaN的314eV,再到AlN的6
8、12eV,这200nm到365nm.在这个范围的探测器可用于火焰相应于覆盖光谱中整个可见光及远紫外光范围.实探测、燃烧诊断
