人工晶体学报 ›› 2026, Vol. 55 ›› Issue (2): 217-222.DOI: 10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0205
武文潇(
), 于翔宇, 甘云海, 李悦文, 郑有炓, 张荣, 修向前(
)
WU Wenxiao(
), YU Xiangyu, GAN Yunhai, LI Yuewen, ZHENG Youdou, ZHANG Rong, XIU Xiangqian(
)
摘要: 高速率外延生长是制备大尺寸氮化镓(GaN)衬底的关键。本研究提出了一种简洁无额外副产物的氮化镓高速外延生长策略,即利用金属Ga与Ga2O3高温反应生成Ga2O作为镓源的氧化物气相外延(OVPE)法,结合热力学计算和生长实验分析,验证了其可行性,为高速率生长GaN提供了新的技术路径和理论支撑。热力学计算分析确定了Ga-Ga2O3生成Ga2O反应的吉布斯自由能与温度关系,该反应在1 073~1 273 K具有显著的自发性,且Ga2O饱和蒸气压随温度升高呈指数增长,利于Ga2O高效生成。基于Ga2O完全转化假设建立了GaN生长速率模型,计算了不同温度下Ga-Ga2O3反应及生成GaN的理论生长速率,并进行了OVPE生长验证。结果显示,理论与实测生长速率在镓源温度依赖性趋势上高度一致,但理论值约为实验值的5倍,据此推算实际转化效率约为20%。通过拟合分析,推导出更高温度(1 100~1 300 ℃)下Ga2O的生成速率和GaN的理论生长速率,结合实验结果,可以得出:在1 mol Ga2O3与4 mol GaN的标准反应配比下,镓源温度为1 300 ℃时,2英寸(1英寸=2.54 cm)GaN衬底实际生长速率可达约1 080 μm/h,6英寸可达约120 μm/h。
中图分类号: