氮化鎵的起點
氮化鎵發展較晚。1969年日本科學家Maruska等人采用氫化物氣相沉積技術在藍寶石襯底表面沉積出了較大面積的氮化鎵薄膜。
氮化鎵具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導率大、飽和電子漂移速度高和抗輻射能力強等特點,是迄今理論上電光、光電轉換效率最高的材料。
氮化鎵的外延生長方法主要有金屬有機化學氣相沉積MOCVD、氫化物氣相外延HVPE、分子束外延MBE。
氮化鎵工藝的發展經歷
MOCVD技術最初由Manasevit于1968年提出,之后隨著原材料純度提高及工藝的改進,該方法逐漸成為砷化鎵、銦化磷為代表的第二代半導體材料和氮化鎵為代表的三族半導體材料的主要生長工藝。
1993年日亞化學的Nakamura等人用MOCVD方法實現了高質量管理InGaN銦鎵氮外延層的制備,由此可見MOCVD在第三代半導體材料中的重要性。
目前氮化鎵的工藝
目前除了MOCVD,MBE分子束外延也成為重要的氮化鎵等半導體材料的生長方法。MBE是在襯底表面生長高質量晶體薄膜的外延生長方法,不過需要在高真空甚至超高真空環境下進行。
MBE的優點是:雖然通常MBE生長速率不超過1微米/小時,相當于每秒或更長時間哪只生長一個單原子層,但容易實現對膜厚、結構和成分的精確控制,容易實現陡峭界面的異質結構和量子結構等;
第二是外延生長溫度低,降低了界面上因不同熱膨脹系數而引入的晶格缺陷;
第三是相比HVPE和MOCVD的化學過程,MBE是物理沉積過程,因此不考慮化學反應帶來的雜質污染。
氮化鎵分子排列和氮化鎵外延片

