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介紹

? ? ? 第三族氮化物及其合金在光譜的藍(lán)色、綠色和紫外(UV)部分的光電子器件方面發(fā)展迅速，應(yīng)用包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示和探測(cè)器。

? ? ? 氮化鎵的熱氧化在700–900℃下進(jìn)行，以氧氣、N2和氬氣為載氣，溫度為525–630乇的H2O蒸汽。在GaN粉末和n-GaN外延層氧化后，使用掠射角x射線衍射鑒定了單斜β-Ga2O3相。使用x射線光電子能譜驗(yàn)證了氧化物的化學(xué)成分。在使用氮化鎵粉末進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)O2作為H2O的載氣時(shí)，氧化物生長(zhǎng)最快。在n型氮化鎵外延層上獲得了相同的結(jié)果。此外，在所研究的所有溫度下，以O(shè)2為載氣在H2O生長(zhǎng)的氧化物的厚度與氧化時(shí)間成正比，并且獲得了210×10千焦/摩爾的活化能。掃描電子顯微鏡顯示濕氧化后的表面比之前報(bào)道的干氧化更光滑。然而，橫截面透射電子顯微鏡顯示，濕氧化物/氮化鎵界面是不規(guī)則的，對(duì)于器件制造來(lái)說(shuō)是不理想的，甚至比干氧化物/氮化鎵界面更不理想。這一觀察是一致的電性能差。

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程序?

? ? ? 純度至少為99.99%(以金屬為基礎(chǔ))的氮化鎵粉末(–325目)在H2O蒸汽中于700–900℃氧化5小時(shí)，使用超高純度(UHP) O2、N2和氬作為載氣。為了比較，還進(jìn)行了相同溫度下樣品在干燥O2中的氧化。使用菲利普斯多用途衍射儀對(duì)粉末樣品進(jìn)行表征，使用CuKα輻射進(jìn)行θ–2θ掃描。

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結(jié)果和討論

? ? ? 在H2O蒸氣中于900℃氧化5小時(shí)的氮化鎵粉末樣品的XRD掃描顯示了衍射峰，其索引為β-Ga2O3. 當(dāng)使用O2作為H2O蒸氣的載氣(濕氧化)時(shí)，產(chǎn)生最大的氧化物峰強(qiáng)度，隨后在O2中進(jìn)行干氧化，然后使用UHP·N2和氬作為載氣進(jìn)行濕氧化。在750℃的H2O蒸汽中氧化5小時(shí)的粉末樣品中，只有在濕O2中氧化的樣品顯示出任何氧化物峰，盡管是微弱的。這些發(fā)現(xiàn)與藍(lán)寶石上n-GaN外延層上生長(zhǎng)的熱氧化物的厚度一致，這是通過(guò)截面掃描電鏡確定的。

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結(jié)論

? ? ? ?在700-900℃下，在525-630托的H2O蒸氣壓下，用O2、N2和氬作為載氣進(jìn)行氮化鎵的濕式熱氧化。氮化鎵是在高達(dá)700℃的氧化環(huán)境中具有良好的穩(wěn)定性。在該溫度以上，發(fā)現(xiàn)氧化物在900℃的溫度下在以O(shè)2為載氣的水蒸氣中生長(zhǎng)最快，并且在900℃的氬和N2中的濕氧化導(dǎo)致與在濕或干O2中形成的氧化物相比非常薄的氧化物.掠射角XRD證實(shí)n-GaN外延層上存在單斜β-Ga2O3，XPS分析驗(yàn)證了氧化物的化學(xué)組成。還使用掃描電鏡分析了氮化鎵外延層上的熱氧化物。與干氧化相比，表面分析證實(shí)了濕熱氧化下光滑氧化物的形成。通過(guò)截面掃描電鏡進(jìn)行的厚度測(cè)量揭示了線性生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)和在O2中濕氧化的210±10kJ/mol的活化能.生長(zhǎng)在氮化鎵上的100納米氧化物的電學(xué)特性表明，濕氧化的電阻率為108–1010ω·cm，表觀擊穿場(chǎng)強(qiáng)為7.5 × 104伏/cm，而干氧化的電阻率為109–1011ω·cm和2 × 105伏/cm。濕式氧化始終比干式氧化給出更差的電結(jié)果，這可能是由于濕式氧化物/氮化鎵界面處非常不規(guī)則的形態(tài)。

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