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硅图形衬底上半极性GaN的MOCVD生长和特性研究的综述报告
硅图形衬底上半极性GaN的MOCVD生长和特性研究的综述报告
摘要：GaN是一种重要的半导体材料，在LED、LD、HEMT等器件中有着广泛的应用。传统GaN是在c面生长的，但随着近年来对于光电器件的需求越来越高，研究新型GaN材料变得尤为重要。其中，上半极性GaN因为其优异的光电特性成为研究热点。本文将综述在硅图形衬底上半极性GaN的MOCVD生长和特性研究方面的进展，并结合现有研究成果进行讨论和展望。
关键词：GaN；上半极性；硅图形衬底；MOCVD
一、引言
GaN作为一种新型的半导体材料，因其良好的光电特性在LED、LD、HEMT等器件方面有着广泛的应用。传统GaN是在c面生长的，但随着近年来对于光电器件的需求越来越高，研究新型GaN材料变得尤为重要。其中，上半极性GaN因为其优异的光电特性成为研究热点。硅作为一种常见的基底材料，其在半导体行业中有着广泛的应用，硅图形衬底上半极性GaN因其兼具上半极性GaN的优异光电性能和硅基底的工艺成熟度而备受关注。本文将综述在硅图形衬底上半极性GaN的MOCVD生长和特性研究方面的进展，并结合现有研究成果进行讨论和展望。
二、硅图形衬底上半极性GaN的生长技术
GaN的生长技术主要有化学气相沉积（CVD）、分子束外延（MBE）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）等。其中，MOCVD是在晶体质量、薄膜厚度、生长速度和缺陷密度等方面均能满足需要的最优方法。
在硅图形衬底上半极性GaN的MOCVD生长过程中，首先在硅基底上沉积一层AlN，然后在其上沉积GaN。AlN层能够起到缓冲层的作用，减少缺陷的产生。而对于上半极性GaN的生长，一般采用刻蚀平滑法或者在硅表面生长镍钛合金层来获得。刻蚀平滑法需要通过化学刻蚀和离子束刻蚀等步骤实现，而生长镍钛合金层则可通过高温热处理使其转变为上半极性GaN。
三、硅图形衬底上半极性GaN的特性研究
1.光电性质
上半极性GaN的光电特性一直是研究的重点。研究发现，其性质优于传统c面GaN。上半极性GaN具有较高的自发极化、量子阱结构的制备、降低背向发射率以及更好的载流子输运性等特性，能够提高器件的性能。
2.结构性质
上半极性GaN的晶体结构与传统GaN有很大区别。传统c面GaN由于其晶面构型对称性，较难形成电极化，而上半极性GaN的晶面构型不对称，易于形成电极化。这种电极化可以导致材料光电性能的优化。
3.缺陷特性
研究表明，在上半极性GaN的生长过程中存在严重的缺陷，主要包括位错、螺旋度以及偏转晶格等。其中，位错是一种晶体结构缺陷，其存在会导致材料性质恶化，严重时可能会影响器件的性能和寿命。
四、研究展望
目前硅图形衬底上半极性GaN的研究尚处于探索阶段，存在着诸多困难。其中最主要的问题是缺陷密度高，需要进一步优化生长条件。此外，加强对于硅图形衬底上半极性GaN的物理和电学性质的研究也是下一步的重点。
总之，硅图形衬底上半极性GaN的研究将推动GaN材料在光电器件等领域的应用。通过对其生长和特性的深入研究，将有助于解决传统GaN材料的缺陷和限制，提高光电器件的性能和寿命。