氮化鋁（AlN）具有超寬禁帶寬度（6.2 eV）、高熱導(dǎo)率（340 W/（m·℃））、高擊穿場強(qiáng)（11.7 MV/cm）、良好的紫外透過率、高化學(xué)和熱穩(wěn)定性等優(yōu)異性能,是氮化鎵基（GaN）高溫、高頻、高功率電子器件以及高Al組分深紫外光電器件的理想襯底材料。物理氣相傳輸（PVT）法是制備大尺寸高質(zhì)量AlN單晶最有前途的方法。本文介紹了AlN單晶的晶體結(jié)構(gòu)、基本性質(zhì)及PVT法生長AlN晶體的原理與生長習(xí)性�；贏lN單晶PVT生長策略,綜述了自發(fā)形核工藝、同質(zhì)外延工藝及異質(zhì)外延工藝的研究歷程,各生長策略的優(yōu)缺點及其最新進(jìn)展。最后對PVT法生長AlN單晶的發(fā)展趨勢及其面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了簡要展望。 

【文章來源】：人工晶體學(xué)報. 2020,49(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：16 頁

【部分圖文】：

采用同質(zhì)外延工藝生長的AlN單晶

AlN 晶體結(jié)構(gòu)有六方纖鋅礦(α-phase)和立方閃鋅礦(β-phase)兩種結(jié)構(gòu)[18],其中六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定結(jié)構(gòu),堆疊方式為ABAB(2H),晶胞結(jié)構(gòu)如圖1所示。AlN屬于共價化合物,從原子角度觀察,每個Al原子(或N原子)與相鄰四個N原子(或Al原子)構(gòu)成四面體結(jié)構(gòu),包含三個極性共價鍵和一個配價鍵,晶格結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中,Al原子外層電子的三個半滿軌道與N原子外層電子的三個半滿軌道形成三個極性共價鍵,通常稱為B1鍵;Al原子外層電子的一個空軌道與 N 原子外層電子的一個滿軌道形成一個配價鍵,通常稱為B2鍵。B1鍵與B2鍵的鍵長分別為0.188 5 nm和0.191 7 nm,相對而言,B1鍵的鍵長更短,鍵能更高,因此更加穩(wěn)定。B1鍵之間的鍵角為110.5°,B1鍵與B2鍵之間的鍵角為107.7°[19]。相應(yīng)的AlN晶格參數(shù)a為0.311 0～0.311 3 nm,c為0.497 8～0.498 2 nm,c/a為1.600～1.602[20]。六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)屬于非中心對稱結(jié)構(gòu),在<0001>方向上存在雙分子層結(jié)構(gòu)。對AlN晶體而言,每個雙分子層結(jié)構(gòu)包含單層Al原子與單層N原子,兩層原子通過B1鍵緊密結(jié)合,而雙分子層之間則通過B2鍵連接。六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)AlN晶體的常規(guī)晶面分布如圖2所示。與SiC、GaN等其他化合物半導(dǎo)體材料類似,AlN晶體表面也存在極性面與非極性面的區(qū)別,理論把最靠近晶體表面的原子層(即終端層)極性確定為此晶面的極性。實驗研究中,通常把N極性面指向Al極性面的方向作為[0001]方向,所以(0001)面特指Al極性c面, (000 1 ˉ ) 特指N極性c面, {10 1 ˉ n} 屬于半極性r面族, {10 1 ˉ 0} 屬于非極性m面族, {11 2 ˉ 0} 屬于非極性a面族。在確定生長方向的前提下,可以根據(jù)晶面極性推斷出晶體內(nèi)部原子排布方式,并以Al極性晶體(+c AlN)或N極性晶體(-c AlN)加以區(qū)分[21]。

六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)屬于非中心對稱結(jié)構(gòu),在<0001>方向上存在雙分子層結(jié)構(gòu)。對AlN晶體而言,每個雙分子層結(jié)構(gòu)包含單層Al原子與單層N原子,兩層原子通過B1鍵緊密結(jié)合,而雙分子層之間則通過B2鍵連接。六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)AlN晶體的常規(guī)晶面分布如圖2所示。與SiC、GaN等其他化合物半導(dǎo)體材料類似,AlN晶體表面也存在極性面與非極性面的區(qū)別,理論把最靠近晶體表面的原子層(即終端層)極性確定為此晶面的極性。實驗研究中,通常把N極性面指向Al極性面的方向作為[0001]方向,所以(0001)面特指Al極性c面, (000 1 ˉ ) 特指N極性c面, {10 1 ˉ n} 屬于半極性r面族, {10 1 ˉ 0} 屬于非極性m面族, {11 2 ˉ 0} 屬于非極性a面族。在確定生長方向的前提下,可以根據(jù)晶面極性推斷出晶體內(nèi)部原子排布方式,并以Al極性晶體(+c AlN)或N極性晶體(-c AlN)加以區(qū)分[21]。1.2 晶體性質(zhì)


本文編號：3100554