深度！氮化镓（GaN）的前世今生

深度！氮化镓（GaN）的前世今生

目前第三代半导体材料主要有三族化合物半导体材料、碳化硅和氧化物半导体材料，其中三族化合物半导体常见的有氮化镓和氮化铝；氧化物半导体材料主要有氧化锌、氧化镓和钙钛矿等。

第三代半导体材料禁带宽度大，具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优点，因此适合制作耐高压、高频、高电流的器件，也可以降低器件的功耗。

氮化镓材料的发展历程及MOCVD制备工艺

氮化镓发展较晚。1969年日本科学家Maruska等人采用氢化物气相沉积技术在蓝宝石衬底表面沉积出了较大面积的氮化镓薄膜，但由于材料质量较差和P型掺杂难度大，一度被认为无应用前景。

氮化镓具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、饱和电子漂移速度高和抗辐射能力强等特点，是迄今理论上电光、光电转换效率最高的材料。

氮化镓的外延生长方法主要有金属有机化学气相沉积MOCVD、氢化物气相外延HVPE、分子束外延MBE。MOCVD生长氮化镓的基本化学原理是在反应腔中通入蒸汽状态的Ga（CH）3和气态的NH3，在高温环境下发生一系列反应，最终在衬底表面生成氮化镓外延层：

MOCVD技术最初由Manasevit于1968年提出，之后随着原材料纯度提高及工艺的改进，该方法逐渐成为砷化镓、铟化磷为代表的第二代半导体材料和氮化镓为代表的三族半导体材料的主要生长工艺。1993年日亚化学的Nakamura等人用MOCVD方法实现了高质量管理InGaN铟镓氮外延层的制备，由此可见MOCVD在第三代半导体材料中的重要性。

MOCVD的优点是反应物以气态形式进入反应腔，可以通过精确控制各种气体流量来控制外延材料的厚度、组分和载流子密度等；第二是反应腔中气体流动快，可以通过改变气体来获得陡峭的异质结界面；第三是获得的杂质较少，晶体质量高；第四是设备相对简单，有利于大规模产业化生产。

MOCVD在三族化合物半导体材料制备中的重要性越来越重要，在设备供应方面，除了德国爱思强和美国VECCO，中微公司也实现了重大突破，MOCVD实现了国产替代。