氮化镓薄膜制备方法

氮化镓作为第三代半导体的代表，其化学性质非常稳定，在室温下不溶于水，酸和碱，且融点高达1 700℃，硬度较大141。由以上基本性质就可知用氮化镓做成的材料具有耐高温，耐酸碱腐蚀和抗外力变形等优越的性能。目前，氮化镓和氮化镓基半导体材料已经成为了世界各国研究的热点。氮化镓的合成与制备方法目前对氮化镓的主要研究对象之一，单晶氮化镓薄膜和纳米氮化镓的合成方法是研究的重中之重。

氮化镓薄膜制备

关于GaN薄膜的合成技术，近年来在文献中有很多的报导。由于GaN的熔点很高，且饱和蒸汽压较高，在自然界中无法以单晶形式存在，而且用一般的体单晶生长方法来制备薄膜也相当困难，必须采用外延法进行制备。MOCVD，MBE，HVPE等是比较传统的GaN薄膜制备方法。

1、MOCVD法

MOCVD(金属有机物气相沉积法)是在气相外延生长的基础上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(A1zO，)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，将反应物载人反应腔内，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。

2、MBE法

用MBE法(分子束外延法)f刨备GaN与MOCVD法类似，主要的区别在于镓源的不同。MBE法的镓源通常采用Ga的分子束，NH，作为氮源，制备方法与MOCVD法相似，也是在衬底表面反应生成GaN。用该方法可以在较低的温度下实现GaN的生长，一般为700℃左右。较低的温度可以有效减少反应设备中NH，的挥发程度，但低温使得分子束与NH，的反应速率减小。较小的反应速率可以在制备过程对生成GaN膜的厚度进行精确控制，有利于对该工艺中的生长机理进行深入研究，但对于外延层较厚的膜来说反应时间会比较长，在生产中发挥的效率欠佳，因此该方法只能用于一次制备少量的GaN薄膜，尚不能用于大规模生产。

3 、HVPE法

HVPE(氢化物气相外延法)与上述两种方法的区别还是在于镓源，此方法通常以镓的氯化物GaCI3为镓源，NH3为氮源，在衬底上以1000℃左右的温度生长出“GaN晶体。用此方法生成的GaN晶体质量比较好，且在较高的温度下生长速度快，但高温反应对生产设备，生产成本和技术要求都比较高。

采用以上传统方法制备GaN薄膜，对其质量好坏的主要影响凶素是衬底与薄膜晶格的相配程度。欲制备无缺陷的薄膜，首先要满足两者之问尽量小的晶格失配度；其次，两者的线膨胀系数也要相近。因此，要尽量选择同一系统的材料作为衬底。目前使用最多的衬底是蓝宝石，此类材料由于制备简单，价格较低，热稳定性良好，且可以用于生长大尺寸的薄膜而被广泛使用，但是由于其晶格常数和线膨胀系数都与氮化镓相差较大，制备出的氮化镓薄膜町能会存在裂纹等缺陷。与此相比，碳化硅在与氮化镓的晶格常数和线膨胀系数的差异比蓝宝石要小得多，制备出的薄膜质量也较好，但由于该衬底价格昂贵，还小能被广泛使用。此外，利用氮化镓本身或者氮化铝是最为理想的衬底材料，但目前该类衬底还小能用于制备大尺寸的薄膜。综上所述，今后如果能研究出与氮化镓更匹配且价格适中的衬底材料，那么对有关薄膜制备的技术以及LED产业的发展将有重要意义。