关键词：氮化镓；Ga2O3；氨气

中图分类号：TN304．23 文献标识码：A 文章编号：1671-4776(2003)10-0027-03

1引言

氮化镓是一种优秀的宽带隙化合物半导体材料，室温下禁带宽度为3.4eV。作为良好的光电半导体材料，GaN在短波长光电器件领域(如蓝绿光发光管LED、激光器ID)及紫外波段的探测器研究方面备受重视[1-3]。另外，GaN还具有优良的热稳定性、化学稳定性和高热导率、高击穿电压、高电子饱和速度等特点。因此，GaN材料在制备高温、高频、大功率器件以及光存储、光探测等方面有着广泛的应用前景。

目前，国内外很多研究机构利用金属有机物质汽相外延(MOCVD)[4]、分子束外延(MBE)[5]及高频等离子体化学汽相沉积(Plasma CVD)[6]技术等在不同衬底上生长高质量的GaN薄膜。但上述方法设备昂贵，工艺方法复杂，影响了GaN基半导体光电器件的大规模生产和应用，探索一种简易的合成GaN材料的工艺方法已十分必要。本文采用氮化Ga2O3的方法，在管式电炉中成功地合成了高质量的多晶GaN颗粒，探索了一种低成本制备GaN材料的新工艺。

2 实 验

本实验以Ga2O3为Ga源，NH3为N源，通过氮化反应合成GaN晶粒。实验中所用Ga2O3和氨气的纯度为99．999％，衬底为<111>晶向的硅片，在实验之前衬底采用标准程序进行清洗。在管式炉中部，沿气流的方向，依次放置Ga2O3和衬底，二者相距5cm。氮化时，管式电炉的温度控制在1000℃；流量为400mL／min；时间为3h。

X射线衍射实验在Y-4Q型X射线衍射仪上完成。实验条件为：Cu靶，Ni滤波片，双Soller准直系统，λkα=0． 154178nm狭缝系统为1°-1°-0．2mm，正比计数器，用Si标样校准仪器。

FTIR图谱在美国NICOLET公司710型光谱仪上进行。在500-4000cm-1范围内扫描。

样品的形貌和结构采用Hitachi(Tokyo，Japan)H-800透射电镜(TEM)进行表征。

3 结果与讨论

3．1 XRD分析

图1和表1分别是合成样品的x射线图谱和GaN的X射线衍射数据JCPDS卡。图1说明，Si衬底上生成的产物为GaN，纯度很高，为多晶体，后六方晶系(HEXAGONAL)，晶格常数为ao=0．3186am，bo=0．3186am，co=0．5178nm。样品的衍射数据与标准图谱(PDF卡片2-1078)数据对比见表1。以上分析说明采用氮化Ga2O3的方法，成功地在Si衬底上合成了高质量的GaN晶体颗粒。

3．2 FTIR分析

图2是合成产物的傅里叶红外光谱的测试结果。在574．79cm-1有一强烈的吸收峰，与GaN的特征吸收峰对应一致。FTIR的测试结果也同样说明了氮化之后，在Si衬底上生成的物质为GaN。

3．3 TEM分析

图3是生成的GaN晶粒的透射电镜照片。

由图可见，生成的GaN晶粒尺寸不一，较大的晶粒直径超过1μm。衍射模式表明每个小晶粒为高质量的六方单晶GaN，进一步证实了用氮化Ga2O3的方法可以合成高质量的GaN晶体颗粒。

4 结 论

采用氮化Ca2O3，的方法，在管式电炉中合成了GaN晶体颗粒。用该工艺生成的GaN晶粒纯度高、质量好；为多晶体，呈六方晶系。用氮化Ga2O3，的工艺合成氮化镓，突破了传统工艺的局限，探索了低成本合成GaN晶体的新途径。