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介绍
第三族氮化物及其合金在光谱的蓝色、绿色和紫外(UV)部分的光电子器件方面发展迅速,应用包括数据存储、显示和探测器。
氮化镓的热氧化在700–900℃下进行,以氧气、N2和氩气为载气,温度为525–630乇的H2O蒸汽。在GaN粉末和n-GaN外延层氧化后,使用掠射角x射线衍射鉴定了单斜β-Ga2O3相。使用x射线光电子能谱验证了氧化物的化学成分。在使用氮化镓粉末进行的实验中,当O2作为H2O的载气时,氧化物生长最快。在n型氮化镓外延层上获得了相同的结果。此外,在所研究的所有温度下,以O2为载气在H2O生长的氧化物的厚度与氧化时间成正比,并且获得了210×10千焦/摩尔的活化能。扫描电子显微镜显示湿氧化后的表面比之前报道的干氧化更光滑。然而,横截面透射电子显微镜显示,湿氧化物/氮化镓界面是不规则的,对于器件制造来说是不理想的,甚至比干氧化物/氮化镓界面更不理想。这一观察是一致的电性能差。
程序
纯度至少为99.99%(以金属为基础)的氮化镓粉末(–325目)在H2O蒸汽中于700–900℃氧化5小时,使用超高纯度(UHP) O2、N2和氩作为载气。为了比较,还进行了相同温度下样品在干燥O2中的氧化。使用菲利普斯多用途衍射仪对粉末样品进行表征,使用CuKα辐射进行θ–2θ扫描。
结果和讨论
在H2O蒸气中于900℃氧化5小时的氮化镓粉末样品的XRD扫描显示了衍射峰,其索引为β-Ga2O3. 当使用O2作为H2O蒸气的载气(湿氧化)时,产生最大的氧化物峰强度,随后在O2中进行干氧化,然后使用UHP·N2和氩作为载气进行湿氧化。在750℃的H2O蒸汽中氧化5小时的粉末样品中,只有在湿O2中氧化的样品显示出任何氧化物峰,尽管是微弱的。这些发现与蓝宝石上n-GaN外延层上生长的热氧化物的厚度一致,这是通过截面扫描电镜确定的。
结论
在700-900℃下,在525-630托的H2O蒸气压下,用O2、N2和氩作为载气进行氮化镓的湿式热氧化。氮化镓是在高达700℃的氧化环境中具有良好的稳定性。在该温度以上,发现氧化物在900℃的温度下在以O2为载气的水蒸气中生长最快,并且在900℃的氩和N2中的湿氧化导致与在湿或干O2中形成的氧化物相比非常薄的氧化物.掠射角XRD证实n-GaN外延层上存在单斜β-Ga2O3,XPS分析验证了氧化物的化学组成。还使用扫描电镜分析了氮化镓外延层上的热氧化物。与干氧化相比,表面分析证实了湿热氧化下光滑氧化物的形成。通过截面扫描电镜进行的厚度测量揭示了线性生长动力学和在O2中湿氧化的210±10kJ/mol的活化能.生长在氮化镓上的100纳米氧化物的电学特性表明,湿氧化的电阻率为108–1010ω·cm,表观击穿场强为7.5 × 104伏/cm,而干氧化的电阻率为109–1011ω·cm和2 × 105伏/cm。湿式氧化始终比干式氧化给出更差的电结果,这可能是由于湿式氧化物/氮化镓界面处非常不规则的形态。
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