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GaN氨热合成优化技术

【摘要】:与元素氮溶解于镓的HNPS相比,水热法将镓或GaN溶解于超临界NH3溶液中。GaN不直接溶于NH3,必须用矿化剂氨基钠[HAS 05]或NH4 Cl[KAG 06]离解NH3,形成可溶的氨化镓Gan。为了实现溶解、氨的运送以及晶种上的GaN结晶,温度梯度的方向应沿着高压釜。Ga面摇摆曲线的FWHM为2000弧秒,N面的为1700弧秒。氨热合成技术仍处于发展阶段,预计近期内将得到进一步的改进。图2-32 GaN在HVPE衬底两侧的氨热沉积a)Ga面 b)N面

这种合成方法仿效了已经成功应用于合成石英和ZnO的晶体生长水热法[OSH 04]。与元素氮溶解于镓的HNPS相比,水热法将镓或GaN溶解于超临界NH3溶液中。GaN不直接溶于NH3,必须用矿化剂氨基钠(NaNH2)[HAS 05]或NH4 Cl[KAG 06]离解NH3,形成可溶的氨化镓Ga(NH2n。生长在充满高压液态氨的高压釜完成,压力一般为1~3kbar、温度为500~650℃。一端包含溶解的化合物(镓或多晶GaN),另一端为单晶GaN晶种。为了实现溶解、氨的运送以及晶种上的GaN结晶,温度梯度的方向应沿着高压釜。

最近,利用氨热合成法在GaN HVPE衬底的前面和背面获得了1in的GaN单晶(见图2-32)[HAS 05]。

根据AFM的测量结果,Ga面较为粗糙,布满直径为1~10μm的小洞;N面较光滑,平均粗糙度为3.5nm。N层的位错密度约为109/cm2,而在HVPE的原始衬底中,位错密度仅约为107/cm2。Ga面(002)摇摆曲线的FWHM为2000弧秒,N面的为1700弧秒。FWHM值相当高,说明层的品质较差。

氨热合成技术仍处于发展阶段,预计近期内将得到进一步的改进。这种方法的生长速度约为2μm/h,满足工业要求。

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图2-32 GaN在HVPE衬底两侧的氨热沉积(1cm网格[HAS 05])

a)Ga面 b)N面