淺析GaN基材的幾種特性

GaN是極穩定、堅硬的高熔點材料,熔點約為1700℃,GaN具有高的電離度,在Ⅲ—Ⅴ族化合物中是最高的(0.5或0.43)。在大氣壓力下,GaN晶體一般是六方纖鋅礦結構。它在一個無胞中有4個原子,原子體積大約為GaAs的一半。是研製微電子器件、光電子器件的新型半導體材料,並與SiC、金剛石等半導體材料一起,被譽為是繼第一代Ge、Si半導體材料、第二代GaAs、InP化合物半導體材料之後的第三代半導體材料。因其硬度高,又是一種良好的塗層保護材料。下面我們來瞭解下GaN的化學特性、電學特性和光學特性。

1、GaN的化學特性
在室溫下,GaN不溶於水、酸和堿,而在熱的堿溶液中以非常緩慢的速度溶解。NaOH、H2SO4和H3PO4能較快地腐蝕品質差的GaN,可用於這些品質不高的GaN晶體的缺陷檢測。GaN在HCL或H2氣下,在高溫下呈現不穩定特性,而在N2氣下最為穩定。
 
2、GaN的電學特性
GaN的電學特性是影響器件的主要因素。未有意摻雜的GaN在各種情況下都呈n型,最好的樣品的電子濃度約為4×1016/cm3。一般情況下所製備的P型樣品,都是高補償的。 據有關研究人員報告GaN最高遷移率資料在室溫和液氮溫度下分別為μn=600cm2/v·s和μn=1500cm2/v·s,相應的載流子濃度為n=4×1016/cm3和n=8×1015/cm3。近年報導的MOCVD沉積GaN層的電子濃度數值為4×1016/cm3、<1016/cm3;等離子啟動MBE的結果為8×103/cm3、<1017/cm3。未摻雜載流子濃度可控制在1014~1020/cm3範圍。另外,通過P型摻雜工藝和Mg的低能電子束輻照或熱退火處理,已能將摻雜濃度控制在1011~1020/cm3範圍。

3、GaN的光學特性
人們關注的GaN的特性,旨在它在藍光和紫光發射器件上的應用。氮化鎵電晶體是直接帶隙半導體材料,在室溫下有很寬的帶隙(3.39eV)。它在光電子器件如藍光、紫外、紫光等光發射二極體和鐳射二極體方面有著重要的應用。作為第三代半導體材料的代表,氮化鎵(GaN)基材料可製成高效藍、綠光發光二極體和鐳射二極體LD(又稱雷射器),並可延伸到白光,將替代人類沿用至今的照明系統。氮化鎵(GaN)基材料奠定了解決白色發光二極體的基礎,並且氮化鎵藍光LED相關材料及器件廣泛應用于全色大螢幕顯示器,高亮度LED交通信號和指標燈,以氮化鎵為基礎的高亮度半導體LED具有體積小、壽命長、功耗低等優點,並向著高亮度、全彩色、大型化方向發展。

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