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异质衬底上HVPE法生长GaN厚膜的研究进展
随着宽禁带半导体材料的发展，氮化镓(GaN)已经成为广泛应用于高功率、高频和高温电子器件的重要材料。因其具有优异的物理和化学性质，在光电子、垂直晶体管和功率开关等领域得到广泛应用。高压气相外延法(HVPE)是制备氮化镓薄膜的一种有效方法。相对于其他方法，HVPE具有高生长速度、高表面均匀性、较低的氢气和高氯化物利用率等优点。本文将重点介绍HVPE法生长GaN厚膜的研究进展。
1.HVPE法生长GaN厚膜的基本过程
HVPE法是利用高温下气体的化学反应来合成氮化镓单晶。在操作过程中将混合气体输送到加热反应室，使其在钨丝或石墨基板上生长出GaN晶体。在HVPE生长晶体中，反应物为气态的金属氯化物和气态的氨气。反应过程中，金属氯化物被氨气和氢气还原，产生氮化物和氢气。同时，产生的氧化物沉积在石墨表面，形成粗糙的氧化层，这对于晶体质量和界面与衬底间的附着力至关重要。
2.异质衬底对HVPE生长GaN膜的影响
HVPE法生长GaN的方法在异质衬底上的应用得到了广泛关注。虽然类似于其他epitaxy方法，HVPE生长也因衬底的选择和条件而受到很大限制，但是由于其在温度、压力等方面的条件不那么严格，更适合于生长异质衬底上的GaN。
2.1.西格玛切割蓝宝石衬底
使用西格玛切割蓝宝石衬底表明，可以通过引入Cl气体使GaN在此衬底上生长。由于西格玛切割蓝宝石衬底具有良好的热阻、透光性和生长均匀性，在HVPE法中生长GaN薄膜具有较好的性能。同时，Cl气体可以控制GaN晶格缺陷的密度和取向性，促进GaN膜的形成。
2.2.6H-SiC衬底
本质上，HVPE法在6H-SiC衬底上生长GaN的方法和在蓝宝石衬底上生长GaN的方法非常相似。然而，与蓝宝石相比，6H-SiC具有更高的热导率和更高的热稳定性，可以在HVPE生长中起到更好的衬底效果，使GaN薄膜具有更好的生长条件。
3.研究进展
HVPE生长GaN的方法可以在不同的衬底上实现，生长出不同性质的GaN膜。在过去的几十年中，已经做了很多工作来改善GaN晶体在异质衬底上的质量和结构，进一步应用于制造各种高性能器件。目前，主要的研究进展如下：
3.1.Growthoflarge-areauniformandcrack-freeGaNlayers
利用HVPE方法在蓝宝石衬底上通过优化生长条件生长出了较大区域、表面平整且没有裂纹的GaN薄膜。研究表明，GaN片的形成和生长质量受到气体流量、衬底温度和反应时间的影响。对于HVPE生长GaN厚膜，三元混合气体中的Cl浓度是必须控制的要素之一。
3.2.Fabricationofhigh-qualityAlGaN/GaNheterostructures
利用HVPE方法，在蓝宝石衬底上制造了高质量的AlGaN/GaN异质体结构。在此方法中，使用了Cl气体，通过控制AlGaN中的Al含量来调节AlGaN/GaN界面性质。进一步磷亚胺涂覆技术的使用将可以进一步提高AlGaN/GaN器件的性能。
3.3.High-resistivityGaNsubstratesforhigh-powerdevices
HVPE方法也可用于生产高电阻率的氮化镓衬底，这在高功率电子器件中很重要。通过预选择的杂质添加剂和适宜的反应条件，制备出特定的氮化物混合物并在SiC衬底上生长高电阻率氮化镓膜。
总之，HVPE法生长GaN厚膜的研究进展一直在不断推进。异质衬底的改进和生长条件的优化，正在带来更好的GaN薄膜生长效果，为GaN在高功率、高频和高温电子器件中应用提供了更好的实现途径。