发布时间 : 星期二 文章简单介绍氮化镓 - 图文更新完毕开始阅读
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●化学科学概论研究型学习课程论文●
来自未来的半导体--氮化镓
徐鹏威
（机械1401班）
摘要：本文对氮化镓的特性及应用的相关信息进行查询。将找到的信息进行分类总结，并提出自己对它的发展的一种展望
关键词：氮化镓；半导体；特性；应用；发展前景
一、引言
在《环球科学》2015年1月刊中有一篇文章“设计柔性显示屏”中说到一种可以替代易碎屏幕的柔性LED。科学家首先在超薄石墨烯衬底上生长了一层氮化镓（gallium nitride）缓冲层，随资讯沃尔沃推出可折叠太阳能充电伞后再在缓冲层上生长出垂直排列的氮化镓微米棒。氮化镓是一种发光晶体材料，而石墨烯则由一层碳原子构成，具有很好的柔韧性、导电性和机械强度。接下来，他们把这些石墨烯－LED层从原来的铜基底上剥离下来，转移到柔韧的聚合物上——这就得到了可弯曲显示屏的雏形。
这些东西勾起了我对氮化镓的兴趣，进一步的研究，发现它的能力还不止于此，在未来它必将绽放耀眼的光芒。
二、氮化镓的出身
2.1氮化镓的简介
这是一种具有较大禁带宽度的半导体，属于所谓宽禁带半导体之列。它是微波功率晶体管的优良材料，也是蓝色光发光器件中的一种具有重要应用价值的半导体。
2.2氮化镓的制备
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(Al2O3)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，将反应物载入反应腔内， 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。
电化学法: 欲将 GaN 薄膜转化成纳米形态，可以使用电化 学法。该方法先将制备好的GaN薄膜采用电子束蒸 发法在其表面沉积 1～2 μm 的铝膜，呈现出灰色 光滑的镜面。再对铝膜进行阳极氧化处理，可以制 备出多孔状的 AAO 掩模。然后将掩模的 GaN 材料 置于等离子体刻蚀机中在氯气与惰性气体混合的气 氛下进行 5～10 min 的 ICP 刻蚀，ICP 功率和 RF 功 率分别为 400 W 和 150 W，腔压约 0.5 Pa，刻蚀完 成后可以得到纳米尺度的多孔 GaN。此方法的技术 要求较高，合成出的纳米 GaN 质量也较好。
三、氮化镓的特性
3.1基础特性
化学方面：在室温下，GaN不溶于水、酸和碱，而在热的碱溶液中以非常缓慢的速度溶解。NaOH、H2SO4和H3PO4能较快地腐蚀质量差的GaN，可用于这些质量不高的GaN晶体的缺陷检测。
电学方面：未有意掺杂的GaN在各种情况下都呈n型,最好的样品的电子浓度约为4×1016/cm3。一般情况下所制备的P型样品，都是高补偿的。GaN最高迁移率数据在室温和液氮温度下分别为μn=600cm2/v·s和μn= 1500cm2/v·s，相应的载流子浓度为n=4×1016/cm3和n=8×1015/cm3。近年报道的MOCVD沉积GaN层的电子浓度数值为4 ×1016/cm3、<1016/cm3；等离子激活MBE的结果为8×103/cm3、<1017/cm3。未掺杂载流子浓度可控制在1014～1020/cm3范围。另外，通过P型掺杂工艺和Mg的低能电子束辐照或热退火处理，已能将掺杂浓度控制在1011～1020/cm3范围。
3.2关键特性
禁带宽度大（3.4eV），热导率高（1.3W/cm-K），在室温下带隙宽为 3.39eV，具有优良的光、电学性质和优异的机械性质及热稳定性，理想的短波长发光器件材料，GaN及其合金的带隙覆盖了从红色到紫外的光谱范围
导带底在Γ点，而且与导带的其他能谷之间能量差大，则不易产生谷间散射，从而能得到很高的强场漂移速度（电子漂移速度不易饱和），因此具有低的热产生率和高的击穿电场。
GaN易与AlN、InN等构成混晶，能制成各种异质结构，已经得到了低温下迁移率达到105cm2/Vs的2-DEG（因为2-DEG面密度较高，有效地屏蔽了光学声子散射、电离杂质散射和压电散射等因素）；
晶格对称性比较低（为六方纤锌矿结构或四方亚稳的闪锌矿结构），具有很强的压电性（非中心对称所致）和铁电性（沿六方c轴自发极化）：在异质结界面附近产生很强的压电极化（极化电场达2MV/cm）和自发极化（极化电场达3MV/cm），感生出极高密度的界面电荷，强烈调制了异质结的能带结构，加强了对2-DEG的二维空间限制，从而提高了2-DEG的面密度（在AlGaN/GaN异
质结中可达到1013/cm2，这比AlGaAs/GaAs异质结中的高一个数量级），这对器件工作很有意义。
四、氮化镓的应用
4.1LED柔性显示屏
氮化镓植于石墨烯可制成随意折叠变形的LED材料
目前，许多由有机材料制造的电子和光电子材料都具备良好的柔韧度，易于改变形状。与此同时，不易形变的无机化合物在制造光学、电气和机械元件方面展现出了强大的性能。但由于技术原因，二者却很难优势互补，功能优异的无机化合物半导体也因不易塑形的特点而遇到了发展障碍。正是因为氮化镓与石