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GaN基外延薄膜和异质结构的MOCVD生长和电学特性
摘要
废旧化工领域对于新材料的需求不断增加，其中半导体材料作为核心，在催化剂、传感器、LED、半导体光学器件等领域中具有广泛的应用。GaN材料由于其优异的物理特性和晶体结构，在半导体领域中被广泛研究和应用。本文主要探讨了GaN基外延薄膜和异质结构的MOCVD生长和电学特性。介绍了GaN材料的相关原理以及MOCVD生长技术，详细分析了GaN基异质结构材料的电学特性，并且给出了未来研究方向。
关键词：GaN；MOCVD；异质结构；电学特性
Abstract
Thedemandfornewmaterialsinthefieldofwastechemicalindustryisconstantlyincreasing.Amongthem,semiconductingmaterials,asthecore,haveextensiveapplicationsincatalysts,sensors,LED,semiconductoropticaldevicesandotherfields.GaNmaterialhasbeenwidelyresearchedandappliedinsemiconductorfieldforitsexcellentphysicalpropertiesandcrystalstructure.ThispapermainlydiscussestheMOCVDgrowthandelectricalpropertiesofGaN-basedepitaxialthinfilmsandheterostructures.TherelevantprinciplesofGaNmaterialandMOCVDgrowthtechnologyareintroduced.TheelectricalpropertiesofGaN-basedheterostructuresareanalyzedindetail,andfutureresearchdirectionsaregiven.
Keywords:GaN;MOCVD;heterostructure;electricalproperties
引言
在工业领域中，半导体材料作为一类关键材料被广泛应用，其中GaN材料以其高温稳定性、优异的光电特性和物理性质在半导体器件中得到了广泛应用。GaN的材料结构和物理性质与传统半导体材料不同，需要利用其特殊的生长技术来满足其特殊性质的需要。MOCVD技术是一种已经被广泛研究和应用的生长技术，它能够为GaN异质结构提供高质量的外延薄膜。同时GaN异质结构也是一种材料系统，其中不同材料之间的能带结构可以优化电学特性。
本文主要介绍了GaN材料相关的原理及其生长技术，重点探讨了GaN基异质结构的电学特性，并且从未来的研究方向进行了探讨。
GaN材料原理
GaN属于III-V族化合物半导体材料，具有方晶系统及独特的晶体结构，其结构与氧化铝（Al2O3）和氧化锆（ZrO2）类似，以过渡金属氮化物（TMN）或氮化金属（MN）为基础。GaN晶体结构基矢矩阵常数|a|、晶体生长取向、面内及外取向质量等都对材料性质有着较大的影响。
GaN材料具有优异的物理、电学特性，在高温、高功率、高频等方面具有优异的性能。同时还具有更高的稳定性、更好的光学特性和更好的机械强度。因此，GaN材料逐渐被应用于对材料稳定性、发光效率、能量转换效率和防腐蚀性能有较高要求的领域。
MOCVD生长技术
MOCVD（金属有机化合物气相淀积）是生长GaAs、GaN、InP等III-V族化合物半导体材料的一种关键性技术，具有生长速率快、温度均匀性好等优势。在MOCVD过程中，结晶生长涂层被沉积在晶体衬底上，根据所需的薄膜厚度，生长时间周期通常在几个小时到几天之间。作为一种已被广泛采用的技术，MOCVD已经发展出各种不同类型的反应室，以适应各种生长材料的需求。
尤其对于GaN材料的生长，人们通过MOCVD技术能够得到高质量、高可控性、高均匀性的晶体薄膜。通过调节反应气氛及所用的反应物浓度，实现了对MOCVD生长过程的控制，以获得所需要的材料性质。
GaN基异质结构的电学特性
GaN基异质结构具有优异的电学性质，要有理解其性质，需要从能带结构理论角度来分析。GaN与InN具有类似的晶体结构和晶格常数，这使得AlN/GaN/InN异质结构能够优化光电器件中的能带结构。同时，AlGaN/GaN异质结构具有制造高功率电子器件的优异性能。
AlN/GaN/InN异质结构，通过在GaN表面上生长AlN清理层，获得与AlN有较小误配度的GaN薄膜，并且生长InN薄膜在AlN层上。AlN/GaN/InN异质结构中的GaN层表现出相对宽的禁带宽度，它可能在半导体发光器