氮化铝半导体简介

一、半导体材料的发展

1、第一代半导体:以Si、Ge半导体材料为代表； 2、第二代半导体:以GaAs、InP半导体材料为代表； 3、第三代半导体:以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)等几种宽带隙半导体材料为代表。这些材料具有宽带隙、高击穿电场、高热导率、高电子饱和率和高抗辐射等优点。从第三代半导体材料和器件的研发现状来看，SiC和GaN半导体材料较为成熟，其中SiC技术最为成熟。此外，对宽带隙半导体材料如ZnO、金刚石和AlN的研究仍处于起步阶段。

二、AIN半导体的结构和性质

氮化铝

1877年首次合成AlN，但直到80年代中期，AIN晶体具有稳定的六方纤锌矿结构，纯AIN晶体无色透明，但由于晶体中存在杂质离子和本征缺陷，AIN晶体通常呈黄色或琥珀色；

氮化铝结构

AIN水晶

三、氮化铝单晶生长

氮化铝晶体生长的发展历史

1956年首先生长出直径为0.03毫米、长度为0.3毫米的AIN单晶；1976年利用升华再冷凝成功研制出AlN锭；实验室已经生长出直径大于2英寸的AlN锭，但仍有许多问题需要解决。

氮化铝晶体生长的难点

1.AIN晶体熔点温度非常高(~3500K)，分解压力大，在常压条件下，AIN在熔化前会分解，所以不可能从熔体中生长出AIN晶体； 2.AIN在高温下分解的铝蒸气非常活泼，腐蚀性很强，需要选择耐高温、耐腐蚀的材料。

四、氮化铝晶体生长方法

1.铝的直接氮化；2.高氮压溶液生长；3.氢化物气相外延生长；4.物理蒸汽传输增长

五、氮化铝薄膜的制备

氮化铝薄膜生长技术

1）溅射 

使用N2作为反应气体，并且用Ar稀释反应室。使用高纯铝溅射靶来形成AIN膜。诸如工作压力、氮浓度、溅射功率以及衬底的温度和类型的参数对薄膜的结晶取向和表面形态有很大的影响。

2）PLD

PLD(脉冲激光沉积)法具有沉积温度低、生长速率高、保持薄膜符合靶成分的优点，特别适用于多组分化合物薄膜。用PLD制备AIN薄膜有两种方法:(1)直接剥离烧结AlN陶瓷靶，(2)在N2或NH3气氛下剥离纯Al靶。