關(guān)鍵詞：氮化鎵；ga2o3；氨氣

中圖分類號：tn304．23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 文章編號：1671-4776(2003)10-0027-03

1引言

氮化鎵是一種優(yōu)秀的寬帶隙化合物半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度為3.4ev。作為良好的光電半導(dǎo)體材料，gan在短波長光電器件領(lǐng)域(如藍(lán)綠光發(fā)光管led、激光器id)及紫外波段的探測器研究方面?zhèn)涫苤匾昜1-3]。另外，gan還具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和高熱導(dǎo)率、高擊穿電壓、高電子飽和速度等特點(diǎn)。因此，gan材料在制備高溫、高頻、大功率器件以及光存儲(chǔ)、光探測等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

目前，國內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)利用金屬有機(jī)物質(zhì)汽相外延(mocvd)[4]、分子束外延(mbe)[5]及高頻等離子體化學(xué)汽相沉積(plasma cvd)[6]技術(shù)等在不同襯底上生長高質(zhì)量的gan薄膜。但上述方法設(shè)備昂貴，工藝方法復(fù)雜，影響了gan基半導(dǎo)體光電器件的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用，探索一種簡易的合成gan材料的工藝方法已十分必要。本文采用氮化ga2o3的方法，在管式電爐中成功地合成了高質(zhì)量的多晶gan顆粒，探索了一種低成本制備gan材料的新工藝。

2 實(shí) 驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)以ga2o3為ga源，nh3為n源，通過氮化反應(yīng)合成gan晶粒。實(shí)驗(yàn)中所用ga2o3和氨氣的純度為99．999％，襯底為<111>晶向的硅片，在實(shí)驗(yàn)之前襯底采用標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行清洗。在管式爐中部，沿氣流的方向，依次放置ga2o3和襯底，二者相距5cm。氮化時(shí)，管式電爐的溫度控制在1000℃；流量為400ml／min；時(shí)間為3h。

x射線衍射實(shí)驗(yàn)在y-4q型x射線衍射儀上完成。實(shí)驗(yàn)條件為：cu靶，ni濾波片，雙soller準(zhǔn)直系統(tǒng)，λkα=0． 154178nm狹縫系統(tǒng)為1°-1°-0．2mm，正比計(jì)數(shù)器，用si標(biāo)樣校準(zhǔn)儀器。

ftir圖譜在美國nicolet公司710型光譜儀上進(jìn)行。在500-4000cm-1范圍內(nèi)掃描。

樣品的形貌和結(jié)構(gòu)采用hitachi(tokyo，japan)h-800透射電鏡(tem)進(jìn)行表征。

3 結(jié)果與討論

3．1 xrd分析

圖1和表1分別是合成樣品的x射線圖譜和gan的x射線衍射數(shù)據(jù)jcpds卡。圖1說明，si襯底上生成的產(chǎn)物為gan，純度很高，為多晶體，后六方晶系(hexagonal)，晶格常數(shù)為ao=0．3186am，bo=0．3186am，co=0．5178nm。樣品的衍射數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)圖譜(pdf卡片2-1078)數(shù)據(jù)對比見表1。以上分析說明采用氮化ga2o3的方法，成功地在si襯底上合成了高質(zhì)量的gan晶體顆粒。

3．2 ftir分析

圖2是合成產(chǎn)物的傅里葉紅外光譜的測試結(jié)果。在574．79cm-1有一強(qiáng)烈的吸收峰，與gan的特征吸收峰對應(yīng)一致。ftir的測試結(jié)果也同樣說明了氮化之后，在si襯底上生成的物質(zhì)為gan。

3．3 tem分析

圖3是生成的gan晶粒的透射電鏡照片。

由圖可見，生成的gan晶粒尺寸不一，較大的晶粒直徑超過1μm。衍射模式表明每個(gè)小晶粒為高質(zhì)量的六方單晶gan，進(jìn)一步證實(shí)了用氮化ga2o3的方法可以合成高質(zhì)量的gan晶體顆粒。

4 結(jié) 論

采用氮化ca2o3，的方法，在管式電爐中合成了gan晶體顆粒。用該工藝生成的gan晶粒純度高、質(zhì)量好；為多晶體，呈六方晶系。用氮化ga2o3，的工藝合成氮化鎵，突破了傳統(tǒng)工藝的局限，探索了低成本合成gan晶體的新途徑。