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1、第28卷第2期微电子学Vol128,№21998年4月MicroelectronicsApr11998GaN材料系列的研究进展宋登元(河北大学电子与信息工程系,河北保定,071002)王秀山(北京广播电视大学,北京,100035)摘 要 GaN及其合金作为第三代半导体材料具有一系列优异的物理和化学性质,在光电子器件、高温大功率电子器件及高频微波器件应用方面具有广阔的前景,已成为当前高科技领域的研究重点。论述了这种材料的研究历史与发展现状,物理与化学性质,薄膜的生长方法及在光电子和微电子器件应用方面的研究进展。关键词
2、半导体 GaN 光电子 微电子 微波器件中图法分类号 TN30412AdvancesoftheDevelopmentofGaNSemiconductorandItsAlloysSONGDeng2YuanDept.Electric&InformationEngineering,Baoding,Hebei071002WANGXiu2ShanBeijingRadioandTelevisionUniversity,Beijing010035AbstractAsthethirdgenerationofsemiconductor
3、s,GaNanditsalloyshaveexcellentphysicalandchemicalproperties.Itcanbeusedinavarietyoffieldsincludingoptoelectronics,high2temper2aturehigh2powerelectronicdevicesandhighfrequencymicrowavedevices.Physicalandchemicalpropertiesofthenewsemiconductormaterialsandtechniqu
4、esfortheirfilmgrowtharedealtwith.ProgressesinthedevelopmentofGaNsemiconductorsarereviewed.KeywordsSemiconductor,GaN,Photoelectronics,Microelectronics,MicrowavedeviceEEACC2520发展的重点。GaN材料的研究与应用已成为1 引 言目前全球高新技术研究的前沿和热点之一。GaN及其合金材料不仅具有宽的带隙,GaN材料系列是一种宽禁带半导体材而且还具有热导率
5、大,电子饱和速度高,击穿料,它包括GaN、InN和AlN及由它们构成场强大及物理化学性质稳定等优良性质,因的三元合金(如AlGaN,InGaN)。近年来,此,在发展短波长光电子器件、大功率、高温GaN短波长发光器件取得了引人瞩目的进电子器件和高频微波器件方面有着十分广阔展,世界各发达国家都把GaN材料作为优先的应用前景。目前对GaN材料的研究热潮将收稿日期:1997—07—30定稿日期:1997—09—27©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsre
6、served. 第2期宋登元等:GaN材料系列的研究进展125会对光电子技术、现代通讯、信息存取等高新外延生长闪锌矿的GaN较为困难,所以目前技术产业带来重要的影响。广泛研究和应用的是纤锌矿结构的GaN。表[1]1给出了GaN的基本物理性质。值得注意2GaN材料研究的历史与现状的是,GaN的晶格常数会随着生长条件、掺杂浓度和薄膜的化学配比的不同而变化。研GaN材料系列用于实用器件方面的研究表明,高的生长速率及大的Zn和Mg掺杂究始于70年代初。但在长达20多年的研究探都将导致GaN的晶格常数变大。索中,GaN在半导体
7、器件制备方面的研究进由于非故意掺杂GaN薄膜中存在着一展缓慢。最主要的两个障碍是:(1)由于不能些缺陷,通常认为是氮空位,因而使之表现出生长较大的块状GaN单晶,所以在异质外延n型半导体的特性。这种样品在室温和液氮2GaN过程中,缺乏在晶格常数和热膨胀系数下的电子迁移率为600cmöVõs和1500216上与GaN相匹配的衬底材料;(2)不能获得cmöVõs,对应的电子浓度分别为4×10和8153[2]具有较高空穴浓度的p2GaN材料。经过长期×10öcm。而本征GaN需要通过p型掺的努力探索,到80年代末,研究者通
8、过利用在杂的杂质补偿获得。异质衬底(如SiC,蓝宝石等)上先生长一层312p型和n型掺杂过渡层的方法获得了较低缺陷密度的GaNGaN的掺杂特性对于器件的制备是非薄膜,从而解决了GaN薄膜的外延衬底问常重要的。Si和Ge能作为GaN的n型掺杂17题。与此同时,研究人员在制备低阻p2GaN剂,可获得的电子浓度范围分别为1×10～191619-3[3
