GaN基材料及其外延生长技术研究01

裴立宅等：锗纳米线的性能与应用

ＧａＮ基材料及其外延生长技术研究

刘一兵１，２，黄新民１，２，刘国华１，

２

（１．湖南大学电气与信息工程学院，长沙

４１００８２；２．邵阳职业技术学院机电工程系，湖南邵阳

４２２０００）

摘要：介绍了ＧａＮ基材料的基本特性、三种主要外延生长技术（ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ、ＨＶＰＥ）、衬底材料的选择及缓冲层技术；分析得出目前存在的ＧａＮ体单晶技术不完善、外延成本高、衬底缺陷及接触电阻大等主要问题制约了研究的进一步发展；指出今后的研究重点是完善ＧａＮ体单晶材料的生长工艺，以利于深入研究ＧａＮ的物理特性及有效地解决衬底问题，研究缓冲层的材料、厚度、组分等以提高ＧａＮ薄膜质量。

关键词：氮化镓；金属有机物化学气相淀积；分子束外延；氢化物气相外延；缓冲层

中图分类号：ＴＮ３０４．２３；ＴＮ３０４．０５５文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－４７７６（２００８）０３－０１５３－０５

ＲｅｓｅａｒｃｈｆｏｒＧａＮ－ＢａｓｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄ

ＥｐｉｔａｘｙＧｒｏｗｔｈＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ

ＬｉｕＹｉｂｉｎｇ１，２，ＨｕａｎｇＸｉｎｍｉｎ１，２，ＬｉｕＧｕｏｈｕａ１，

２

（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆ

ＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｏｙａｎｇＰｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ－ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｌｌｅｇｅ，ｓｈａｏｙａｎｇ４２２０００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｂａｓｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＧａＮ－ｂａｓｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｔｈｒｅｅｍａｉｎｌｙｅｐｉｔａｘｙｇｒｏｗｔｈｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（ＭＯＣＶＤ，ＭＢＥ，ＨＶＰＥ），ｓｕｂｓｔｒａｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｂｕｆｆｅｒｌａｙｅｒｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＴｈｅｍａｉｎｌｙｒｅｍａｉｎｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓａｒｅｔｈｅｆａｕｌｔｙＧａＮｂｕｌｋｃｒｙｓｔａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｈｉｇｈｅｐｉｔａｘｙｃｏｓｔ，ｌｏｗｙｉｅｌｄｒａｔｅ，ｍｏｒｅｄｅｆｅｃｔ，ｌａｒｇｅｃｏｎｔａｃｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｓｏｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｄｅｅｐｌｙ．ＴｈｅｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｃｕｓｉｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅＧａＮｂｕｌｋｃｒｙｓｔａｌｇｒｏｗｔｈｍｅｔｈｏｄｆｏｒｓｔｕｄｙｉｎｇＧａＮｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｔｏｓｏｌｖｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｐｒｏｂｌｅｍｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｂｕｆｆｅｒｌａｙｅｒｓｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇＧａＮｆｉｌｍｑｕａｌｉｔｙ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＧａＮ；ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＭＯＣＶＤ）；ｍｏｌｅｃｕｌａｒｂｅａｍｅｐｉｔａｘｙ（ＭＢＥ）；ｈｙｄｒｉｄｅｖａｐｏｒｐｈａｓｅｅｐｉｔａｘｙ（ＨＶＰＥ）；ｂｕｆｆｅｒｌａｙｅｒｓＥＥＡＣＣ：７２８０Ｅ；６８５５

收稿日期：２００７－１１－３０

Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｙｉｂｉｎｇ０６０２＠１２６．ｃｏｍ

纳米材料与结构

Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌ＆Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

０

引言

ＧａＮ材料是指ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ以及由它们组成的多元合金材料（如ＩｎｘＧａ１－ｘＮ，ＡｌｘＧａ１－ｘＮ），属

直接带隙半导体材料。通过调整合金成分，可以获得１．９～６．２ｅＶ的连续可调的带隙能，因此ＧａＮ基材料能覆盖从紫外（２００ｎｍ）到红光（６５０ｎｍ）

的频谱，从而成为短波长光电子器件及高频、高压、高温微电子器件制备的最优选材料，被誉为第三代半导体材料。ＧａＮ材料由于难于获得合适的衬底材料、位错密度较大、难以得到ｐ型材料等问题而研究进展缓慢，直到９０年代后随着材料生长和器件工艺水平的不断提高，缓冲层技术的采用和

刘一兵等：ＧａＮ基材料及其外延生长技术研究

ｐ型掺杂技术的突破，才使ＧａＮ基材料及其外延生长的研究变得空前活跃，成为目前全球半导体领域研究和投资的热点。本文介绍了ＧａＮ基材料的基本特性，对三种主要外延生长技术（ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ、ＨＶＰＥ）的外延过程及优缺点进行了对比，综述了几种常用的衬底材料及缓冲层技术，最后指出了目前存在的问题及今后的研究方向。

１ＧａＮ基材料的基本特性

１．１结构特性

ＧａＮ材料是一种坚硬的高熔点材料（熔点约为１７００℃），一般情况下以六方对称性的纤锌矿２Ｈ结构存在，沿＜１１１＞晶向原子层的堆垛次序为ＡＢＡＢＡＢ……，在一定条件下也能以立方对称性的闪锌矿３Ｃ结构存在，具有ＡＢＣＡＢＣ……的堆垛次序。外延生长闪锌矿ＧａＮ较为困难，目前广泛研究和应用的是纤锌矿结构的ＧａＮ。

１．２电学特性

非故意掺杂ＧａＮ均为ｎ型，由于存在Ｎ空位，衬底载流子浓度在１０１６～１０１８ｃｍ－３，使得制造ｐ型ＧａＮ比较困难而制约了ＧａＮ基材料的应用。直到１９８９年Ｈ．Ａｍａｎｏ等人［１］取得了ｐ型掺杂的重大突破，利用低能电子束辐射（ＬＥＥＢＩ）外延处理掺Ｍｇ的ＧａＮ得到了低阻ｐ型ＧａＮ样品。１９９１年，ＮａＫａｍｕｒａ等人［２］采用快速热退火法（ＲＴＡ）获得了更为均匀的ｐ型低阻薄膜，发现了Ｍｇ—Ｈ络化物补偿问题。由于络化物结合能不是很大，可通过低能电子束辐照或中温退火破坏Ｍｇ—Ｈ络合体，激活受主，实现高浓度的ｐ型掺杂，但空穴浓度仍小于１０１８ｃｍ－３。最近几年对掺杂工艺进行了深入研究并在ｐ型掺杂方面取得了显著的进展。Ｓ．Ｗ．Ｋｉｍ等人［３］在传统快速热退火工艺后进行等离子Ｎ

２

处理，提高了表面的ｐ型电导率，在减小欧姆接触电阻上有实际应用。Ｋ．Ｓ．Ａｈｎ等人［４］采用两步快速热退火工艺，即先在较低温度（６００℃）下退火５ｍｉｎ，再在高温（９００℃）下退火１ｍｉｎ，使得ＧａＮ的电学性质、晶体质量和表面平整度都有了明显的提高。Ｉ．Ｗａｋｉ等人［５］在掺Ｍｇ的ＧａＮ上用ＵＨＣＶＤ

镀上一层１．５ｎｍ厚的Ｎｉ，然后在Ｎ

２

气氛下退火，ＳＩＭＳ显示Ｈ已经有效地被驱除，Ｎｉ显著地提高了Ｈ的吸收。Ｚ．Ｙ．Ｆａｎ等人［６］在ＡｌＧａＮ／ＧａＮ异质结场效应管结构的叠区采用Ｓｉ的δ掺杂方法，提高了异质结场效应管的直流特性。１．３ＧａＮ化学特性

ＧａＮ具有强硬度、抗常规湿法腐蚀的特点，室温下不溶于水、酸和碱，但能缓慢溶于热碱溶液，尚没有一种合适可靠的化学腐蚀方法刻蚀ＧａＮ，目前使用最多的是电感应耦合等离子（ＩＣＰ）干法刻蚀技术，也是目前共面电极（即ｐ、ｎ电极位于芯片同一侧）结构ＬＥＤ制作ｎ电极的主要技术。

２ＧａＮ基材料的制备

２．１材料生长方法

目前制备ＧａＮ外延生长的主要方法是金属有机物化学气相沉积（ＭＯＣＶＤ）、分子束外延（ＭＢＥ）、氢化物气相外延（ＨＶＰＥ）三种，而ＭＯＣＶＤ是使用最多、材料和器件质量最高的生长方法，ＨＶＰＥ只是ＭＢＥ和ＭＯＣＶＤ的辅助方法。这三种外延生长方法的外延过程及优缺点的比较如表１所示。

表１制备ＧａＮ主要方法的比较

Ｔａｂ．１ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｓｏｆｓｅｖｅｒａｌｍａｉｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｔｏｐｒｅｐａｒｅＧａＮ方法外延过程

影响纯

度因素

优点缺点

金属

有机

化学

气相

沉积

含外延膜成分的气

体被气相输运到加

热的衬底或外延表

面上，通过气体分

子热分解、扩散及

在衬底或外延表面

上的化学反应构成

外延膜的原子沉积

在衬底或外延膜

上，并按一定晶体

结构排列形成薄膜

有机金

属源、

污染、

泄漏

可用激光监测系

统实时监测表面

状况，能大批量

生产光电子产品

（ＬＥＤＳ和ＬＤＳ）

Ｃ污染、Ｉｎ

问题、Ｇａ

问题、原材

料消耗大

分子

束外

延

在真空中，构成

外延膜的一种或

多种原子，以原

子束或分子束形

式像流星雨般落

到衬底或外延面

上，一部分经过

物理－化学过程，

在该面上按一定

结构有序排列，

形成晶体薄膜

真空

系统、

真空

源

生产反应过程简

单，生长温度

低，有利于ＧａＮ

的亚稳态生长，

利于制造激光器

价高、生长

速度慢、Ｐ

问题、成本

问题

氢化

物气

相外

延

ＨＣｌ在金属Ｇａ上

流过，形成ＧａＣｌ

蒸气；ＧａＣｌ与衬

底或外延面上与

ＮＨ３反应，沉积形

成ＧａＮ

气体、

泄漏、

反应

室材

料

生长速率快、制

造成本低、生长

膜厚、可避免Ｃ

污染

很难精确控

制膜厚，反

应气体对设

备有腐蚀

性，难以制

作ＡｌＧａＮ或

其他异质结

为了解决采用异质外延生长ＧａＮ晶体缺陷密度较大的问题，还开发出侧向、悬空外延技术和横向外延过生长技术，并取得了明显的效果。２．２衬底材料

２．２．１常用的衬底材料

选择衬底应尽量选用同一种材料，其晶格失配小、热膨胀系数低，但由于ＧａＮ基材料具有极高的熔点和非常大的氮气饱和蒸汽压，难以获得大面积，高质量的ＧａＮ衬底，只能采用存在晶格失配和热膨胀系数失配的异质衬底进行外延生长。ＧａＮ常用的衬底材料有蓝宝石（Ａｌ

２

Ｏ３）、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＺｎＯ、Ｓｉ和ＧａＡｓ等。这向种衬底材料的优缺点如表２所示。

在以上各种衬底材料中，蓝宝石用途最高，而ＺｎＯ、Ｓｉ材料具有很大的发展潜力。

２．２．２ＧａＮ衬底

异质外延会导致外延层高密度位错，影响外延层生长质量，理论和实验表明，采用ＧａＮ作衬底，同质外延器件结构，器件性能得到大幅度提高，因此制造ＧａＮ衬底成为研究热点。目前主要采用的方法是利用ＨＶＰＥ技术在蓝宝石或其他材料衬底上，快速生长成厚ＧａＮ膜（大于３００μｍ），然后采用机械抛光或激光技术剥离掉衬底，形成ＧａＮ准衬底，ＨＶＰＥ法外延ＧａＮ层的位错密度随外延层厚度的增加而减少，因此只要ＧａＮ膜厚达一定值，晶体质量就能得到提高，一些研究机构采用这种衬底已制备出高性能的激光二极管和紫外发光二极管［７］。Ｍ．Ｋｅｎｓａｋｕ等人［８］利用ＥＬＯＧ技术，采用ＧａＡｓ作衬底、ＳｉＯ２作掩膜，制备出直径２英寸（５ｃｍ），缺陷密度约为２×１０５ｃｍ－３的ＧａＮ衬底，Ｙｏｓｈｉｎａｏ等人［９］采用ＭＯＣＶＤ——

—ＧａＮ／Ａｌ２Ｏ３作模板，先在模板上制备出网状ＴｉＮ薄膜，然后在ＨＶＰＥ系统中生长ＧａＮ厚膜，制备出位错密度５×１０６ｃｍ－３、厚度３００μｍＧａＮ衬底。这种技术由于采用多孔网状ＴｉＮ掩模，使得位错集中于微空洞并使ＧａＮ横向生长，降低了位错密度，也容易剥离。Ｘ．Ｐ．Ｘｕ等人［１０］采用ＨＶＰＥ技术直接生长厚度达１０μｍ的ＧａＮ膜，形成准体单晶。经过切割、研磨抛光形成ＧａＮ衬底，制备的体单晶位错密度随膜厚增加大幅减少。２．２．３图形化蓝宝石衬底

为改善ＧａＮ外延层性能，Ｉ．Ｗａｎｇ等人［１１］在Ｃ面蓝宝石衬底刻出沿〈１０１０〉或〈１１２０〉方向２～３μｍ的条宽，间距４～８μｍ，深６０ｎｍ～１．４μｍ的周期性结构，再在其上生长常规结构的外延层，发现这种开槽蓝宝石衬底所生长的外延片侧向外延，使得位错密度降低，提高了外延层的晶体品质，相应的光学、电学性能也得到改善。国内也有学者对此进行了研究，彭冬生等人［１２］采用化学方法腐蚀Ｃ面蓝宝石衬底形成一定的图案，利用ＬＰ－ＭＯＣＶＤ在经过表面处理的蓝宝石衬底上和常规Ｃ面蓝宝石衬底上外延生长ＧａＮ薄膜。分析表明：采用化学方法腐蚀蓝宝石衬底，形成一定图案，提供横向外延基底，通过横向外延生长，使两翼在腐蚀坑处聚合生长，可大大降低位错密度，同时腐蚀坑的中空结构可以释放应力，提高外延层质量。

２．３缓冲层技术

异质衬底与ＧａＮ存在程度不同的晶格失配和热失配，导致外延产生高密度位错，影响到ＧａＮ外延层的质量。直到１９８６年，Ｉ．Ａｋａｓａｋｉ等人［１３］在蓝宝石上用ＭＯＣＶＤ方法及ＡｌＮ缓冲层技术得到了高质量的ＧａＮ，随后Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ［１４］用低温ＧａＮ缓冲层也得到相似的结果。低温缓冲层的作用在于：它解决了大失配外延体系中外延层与衬底互不浸润的问题，为高温下的外层生长提供了成核中心，同时它也是应力释放中心。与没有用缓冲层相比，背景电子浓度下降了２个数量级，电子迁移率上升了１０倍，带边发射ＰＬ谱强度提高了２个数量级，Ｘ射

表２常用衬底材料的比较

Ｔａｂ．２Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｓｕｂｓｔｒａｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ名称优点缺点

蓝宝石（Ａｌ２Ｏ３）具有与纤锌矿结构相同的六方对

称性，制备工艺成熟，价格适当，

易于清洗和处理，高温稳定性好，

可大尺寸稳定生产

本身不导电，不能

制作电极，散热性

差，解理困难，晶

格常数与ＧａＮ相差

１６％，热膨胀系数与

ＧａＮ材料相差较大

ＳｉＣ本身具蓝光发光特性，电阻率低，

可以制作电极，晶格常数和材料热

膨胀系数与ＧａＮ更为接近，易解理

价格昂贵

ＡｌＮ与ＧａＮ材料属于同一材料体系，

晶格失配只有２％，热膨胀系数相

近

目前获得的ＡｌＮ单

晶材料尺寸太小，

只能作缓冲层使用

ＺｎＯ与ＧａＮ材料晶格失配小，易被酸

刻蚀，在其上生长的ＧａＮ材料易

实现和衬底分离

目前对性能的研究

尚不充分

Ｓｉ

价格便宜，易解理，优良的ｎ型

及ｐ型电导，高热导率，易获得

大尺寸材料，有可能实现ＧａＮ器

件与Ｓｉ电路的混合光电集成

与ＧａＮ的晶格匹配

（１６．９％）和热匹配

（５４％）大，引起薄

膜开裂，位错密度

大，表面形貌不平整刘一兵等：ＧａＮ基材料及其外延生长技术研究

线双晶衍射半高宽下降到原来的１／４。目前，采用

低温缓冲层的两步生长工艺已成为外延生长优质ＧａＮ薄膜的经典技术方案。

两步生长工艺为：首先在较低的温度下（５００～６００℃）生长一层很薄的ＧａＮ或ＡｌＮ作为缓冲层，再将温度调整到较高值生长ＧａＮ外延层。目前对各种缓冲层工艺如生长温度、缓冲层厚度、热处理等进行研究和优化。如Ｓ．Ｓａｋａｉ等人［１５］研究发现缓冲层厚度对ＧａＮ薄膜的电学性能和表面形貌都有影响，但表面粗糙度小的ＧａＮ薄膜，其电学性质并不是最好。Ｙ．Ｋｉｍ等人［１６］发现降低Ｖ／Ⅲ能提高Ｈａｌｌ迁移率和减少位错密度，Ｍ．Ｓｕｍｉｙａ等人［１７］研究衬底的表面状态对ＧａＮ缓冲层生长的影响。Ｍ．Ｍｏｓｃａ等人［１８］研究了ＧａＮ缓冲层和ＡｌＮ缓冲层对ＡｌＧａＮ紫外探测器性能的影响。国内学者对缓冲层也进行了研究。陆敏等人［１９］采用多低温缓冲层法和高低温联合缓冲层法在ＭＯＣＶＤ系统上生长ＧａＮ外延膜，与常规单低温缓冲层制备的薄膜相比，改进的缓冲层法能提高ＭＯＣＶＤ生长的氮化镓外延膜晶体质量。吴洁君等人［２０］研究了低温ＧａＮ缓冲层表面形貌，随厚度的变化规律及对随着生长ＧａＮ外延膜各项性能的影响。发现随着厚度增加，其表面由疏松、粗糙变得致密平整，六角ＧａＮ小晶粒的数量减少，且取向较为一致。Ｘ双晶衍射（ＸＲＤ）的半高宽ＦＷＨＭ

Ｓ

增大，表面粗糙度先减小后略增，背底载流子浓度减小，迁移率变化不明显，并确认最优的生长时间为４ｍｉｎ，缓冲层厚度约为２５ｎｍ。３目前存在的问题及展望

伴随着全球对ＧａＮ基材料的研究，其晶体质量不断提高，ＧａＮ基器件如高亮度蓝光ＬＥＤｓ、长

寿命蓝光ＬＤ

ｓ

、光电导ＵＶ探测器等已实现商品化，并预示着诱人的前景。一些基础性的研究工作如ＧａＮ的能带结构、膜层生长动力学、表面形貌与表面再构、电子输运特性、杂质掺杂控制、杂质缺陷机理及相互作用均取得了良好的发展。但在研究过程中，也暴露了一些问题，主要有如下几个方面：①生长大块ＧａＮ体单晶技术尚未完善，导致许多ＧａＮ物理特性的解释不成熟，制约了光电器件研究的进一步发展；②外延ＧａＮ膜大部分采用ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ等方法，而Ｇａ源材料昂贵、消耗大，导致成本高；③ＧａＮ的杂质浓度高、纯度低、晶格完整性差，使得生产的器件成品率低；④目前ｐ型掺杂工艺大多采用掺Ｍｇ，工艺复杂，设备昂贵，且难以操作；⑤ＧａＮ材料及三元合金中电子和空穴的电离系数及完整能带结构，深能级起源及特性等理论问题还不清楚，ＧａＮ中的很多缺陷有待进一步研究；⑥欧姆接触的接触电阻还比较大，影响了器件的性能。为此，本文认为，在对ＧａＮ基材料研究应集中在以下几个方面：①完善ＧａＮ体单晶材料的生长工艺，这将有利于ＧａＮ物理特性的深入研究并推进ＧａＮ基光电子器件的发展；②研究与外延层晶格匹配和热匹配更好的衬底材料，以更大限度地降低材料中的位错密度，使用ＺｎＯ、Ｓｉ及ＧａＮ材料具有更大的潜力，而ＧａＮ体单晶材料的生长是解决衬底问题的最佳途径；③研究缓冲层生长工艺中缓冲层的材料、厚度、组分等以及采用多缓冲层技术对生长的影响，以有效过渡晶格失配、限制晶格失配诱发的缺陷，提高ＧａＮ薄膜质量。

尽管还有诸多问题和工艺技术有待解决，但由于ＧａＮ基材料诱人的应用前景，并伴随大量的科研投入，这些问题将会逐步得到解决并将有力推动微电子及光电子技术的发展。

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［１７］ＴＳＥＲＫＯＶＮＹＡＫＹ，ＢＲＡＴＡＡＳＡ，ＢＡＵＥＲＧＥＷ．Ｅｎｈａｎｃｅｄ

ｇｉｌｂｅｒｔｄａｍｐｉｎｇｉｎｔｈｉｎｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｌｍｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖＬｅｔｔ，２００２，８８（１１）：１１７６０１－１－１１７６０１－４．

［１８］ＫＩＴＴＥＬＣ．Ｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ

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［１９］ＢＡＩＢＩＣＨＭＮ，ＢＲＯＴＯＪＭ，ＦＥＲＴＡ，ｅｔａｌ．Ｇｉａｎｔｍａｇｎｅ－

ｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆ（００１）Ｆｅ／（００１）Ｃｒｍａｇｎｅｔｉｃｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖＬｅｔｔ，１９８８，６１（２１）：２４７２－２４７５．［２０］ＢＩＮＡＳＣＨＧ，

ＧＲＵＮＢＥＲＧＰ，

ＳＡＵＲＥＮＢＡＣＨＦ，

ｅｔａｌ．

Ｅｎｈａｎｃｅｄｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｎｌａｙｅｒｅｄｍａｇｎｅｔｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｉｔｈａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｅｘｃｈａｎｇｅ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖＢ，１９８９，３９（７）：４８２８－４８３０．

［２１］ＤＥＮＮＩＳＣＬ，ＢＯＲＧＥＳＲＰ，ＢＵＤＡＬＤ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｄｅｆｉｎｉｎｇ

ｌｅｎｇｔｈｓｃａｌｅｓｏｆｍｅｓｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ：ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．ＪＰｈｙｓ：ＣｏｎｄｅｎｓＭａｔｔｅｒ，２００２，１４（４９）：Ｒ１１７５－Ｒ１２６２．

［２２］ＫＩＳＥＬＥＶＳＩ，ＳＡＮＫＥＹＪＣ，ＫＲＩＶＯＲＯＴＯＶＩＮ，ｅｔａｌ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ

ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓｏｆａｎａｎｏｍａｇｎｅｔｄｒｉｖｅｎｂｙａｓｐｉｎ－ｐｏｌａｒｉｚｅｄｃｕｒｒｅｎｔ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，２００３，４２５（６９５６）：３８０－３８３．

［２３］ＴＳＯＩＭ，ＪＡＮＳＥＮＡＧＭ，ＢＡＳＳＪ，ｅｔａｌ．Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｏｆａｍａｇｎｅｔｉｃ

ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｂｙａｎｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖＬｅｔｔ，１９９８，８０（１９）：４２８１－４２８４．

［２４］ＴＳＯＩＭ，ＪＡＮＳＥＮＡＧＭ，ＢＡＳＳＪ，ｅｔａｌ．Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎ

ｏｆｐｈａｓｅ－ｃｏｈｅｒｅｎｔｃｕｒｒｅｎｔ－ｄｒｉｖｅｎｍａｇｎｏｎｓｉｎｍａｇｎｅｔｉｃｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，２０００，４０６（６７９１）：４６－４８．

［２５］ＭＹＥＲＳＥＢ，ＲＡＬＰＨＤＣ，ＫＡＴＩＮＥＪＡ，ｅｔａｌ．Ｃｕｒｒｅｎｔ－ｉｎｄｕｃｅｄ

ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｏｆｄｏｍａｉｎｓｉｎｍａｇｎｅｔｉｃｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｄｅｖｉｃｅｓ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９９，２８５（５２４９）：８６７－８７０．

［２６］ＲＩＰＰＡＲＤＷＨ，ＰＵＦＡＬＬＭＲ，ＫＡＫＡＳ，ｅｔａｌ．Ｄｉｒｅｃｔ－ｃｕｒｒｅｎｔ

ｉｎｄｕｃｅｄｄｙｎａｍｉｃｓｉｎＣｏ９０Ｆｅ１０／Ｎｉ８０Ｆｅ２０ｐｏｉｎｔｃｏｎｔａｃｔｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖＬｅｔｔ，２００４，９２（２）：０２７２０１－１－０２７２０１－４．

［２７］ＫＡＴＩＮＥＪＡ，ＡＬＢＥＲＴＦＪ，ＢＵＨＲＭＡＮＲＡ，ｅｔａｌ．Ｃｕｒｒｅｎｔ－

ｄｒｉｖｅｎｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎｒｅｖｅｒｓａｌａｎｄｓｐｉｎ－ｗａｖｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓｉｎＣｏ／Ｃｕ／Ｃｏｐｉｌｌａｒｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖＬｅｔｔ，２０００，８４（１４）：３１４９－３１５２．［２８］ＪＩＹ，ＣＨＩＥＮＣＬ，ＳＴＩＬＥＳＭＤ．Ｃｕｒｒｅｎｔ－ｉｎｄｕｃｅｄｓｐｉｎ－ｗａｖｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓ

ｉｎａｓｉｎｇｌｅｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｌａｙｅｒ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖＬｅｔｔ，２００３，９０（１０）：１０６６０１－１－１０６６０１－４．

［２９］ＭＩＳＴＲＡＬＱ，ＫＩＭＪ，ＤＥＶＯＬＤＥＲＴ，ｅｔａｌ．Ｃｕｒｒｅｎｔ－ｄｒｉｖｅｎｍｉｃｒｏｗａｖｅ

ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓｉｎｃｕｒｒｅｎｔｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ－ｔｏ－ｐｌａｎｅｓｐｉｎ－ｖａｌｖｅｎａｎｏｐｉｌｌａｒｓ［Ｊ］．ＡｐｐｌＰｈｙｓＬｅｔｔ，２００６，８８（１９）：１９２５０７－１－１９２５０７－３．

［３０］ＤＥＶＯＬＤＥＲＴ，ＭＥＦＴＡＨＡ，ＩＴＯＫ，ｅｔａｌ．Ｓｐｉｎｔｒａｎｓｆｅｒｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ

ｅｍｉｔｔｉｎｇｍｉｃｒｏｗａｖｅｉｎｚｅｒｏａｐｐｌｉｅｄｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ［Ｊ］．ＪＡｐｐｌＰｈｙｓ，２００７，１０１（６）：０６３９１６－１－０６３９１５－５．

［３１］ＫＩＳＥＬＥＶＳＩ，ＳＡＮＫＥＹＪＣ，ＫＲＩＶＯＲＯＴＯＶＩＮ，ｅｔａｌ．Ｃｕｒｒｅｎｔ－

ｉｎｄｕｃｅｄｎａｎｏｍａｇｎｅｔｄｙｎａｍｉｃｓｆｏｒｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｓｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｔｏｔｈｅｓａｍｐｌｅｐｌａｎｅ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖＬｅｔｔ，２００４，９３（３）：０３６６０１－１－０３６６０１－４．

［３２］ＧＲＯＬＬＩＥＲＪ，ＣＲＯＳＶ，ＦＥＲＴＡ．Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｐｉｎ－ｔｒａｎｓｆｅｒ

ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓｄｒｉｖｅｎｂｙｓｔｉｍｕｌａｔｅｄｍｉｃｒｏｗａｖｅｃｕｒｒｅｎｔｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖ：Ｂ，２００６，７３（６）：０６０４０９－１－０６０４０９－４．

胡九宁（１９８４—），男，硕士研究生，主要研究方向是自旋电子学和纳米器件。

作者简介：

陈培毅

（１９４４—），男，江苏人，教

授，博士生导师，长期从事ＳｉＧｅ器件研究，目前的研究方向为纳电子学、自旋电子学和纳米器件；

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第１３０页）

２００２，２４６（３）：２２３－２３１．

［１１］ＷＡＮＧＩ，ＧＵＯＬＷ，ＪＩＡＨＱ．Ｐａｔｔｅｒｎｅｄｓａｐｐｈｉｒｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｌａ－

ｔｅｒａｌｅｐｉｔａｘｉａｌｏｖｅｒｇｒｏｗｎＧａＮｆｉｌｍ［Ｊ］．ＪＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ，２００６，２９０（６）：３９８－４００．

［１２］彭冬生，冯玉春，王文欣，等．一种外延生长高质量ＧａＮ薄膜

的新方法［Ｊ］．物理学报，２００６，５５（７）：３６０６－３６１０．

［１３］ＡＭＡＮＯＨ，ＳＡＷＡＫＩＮ，ＡＫＡＳＡＫＩＩ．ＭＯＣＶＤｇｒｏｗｎｏｆａｈｉｇｈ

ｑｕａｌｉｔｙＧａＮｆｉｌｍｕｓｉｎｇＡｌＮｂｕｆｆｅｒｌａｙｅｒ［Ｊ］．ＡｐｐｌＰｈｙｓＬｅｔｔ，１９８６，４８（１１）：３５３－３５８．

［１４］ＮＡＫＡＭＵＲＡＳ．Ｈｉｇｈｐｏｗｅｒｐ－ｎｊｕｎｃｔｉｏｎｂｌｕｅＬＥＤ［Ｊ］．ＪＡｐｐｌ

Ｐｈｙｓ，１９９１，６９（３０）：１７０５－１７０６．

［１５］ＷＡＮＧＴ，ＳＨＩＲＡＨＡＮＡＴ，ＳＵＮＨＢ，ｅｔａｌ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｂｕｆｆｅｒ

ｌａｙｅｒａｎｄｇｒｏｗｔｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｏｎｕｎｄｏｐｅｄＧａＮｌａｙｅｒｇｒｏｗｎｏｎｓａｐｐｈｉｒｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｂｙｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｐｐｌＰｈｙｓＬｅｔｔ，２０００，７６（７）：２２２０－２２２５．［１６］ＫＩＭＹ，ＳＵＢＲＡＭＡＮＹＡＳＧ，ＳＩＥＧＬＥＨ，ｅｔａｌ．ＧａＮｔｈｉｎｆｉｌｍｓ

ｂｙｇｒｏｗｔｈｏｎＧａ－ＲｉｃｈＧａＮｂｕｆｆｅｒｌａｙｅｒｓ［Ｊ］．ＪＡｐｐｌＰｈｙｓ，２０００，８８（２）：６０３２－６０３５．

［１７］ＳＵＭＩＹＡＭ，ＯＧＵＳＵＮ，ＹＯＴＳＵＤＡＹ，ｅｔａｌ．ＦｕｋｅＳ，Ｓｙｓｔｅｍ－

ａｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＧａＮｂｕｆｆｅｒｌａｙｅｒｓｏｎｓａｐｐｈｉｒｅｓｕｂｓｔｒａｔｅ［Ｊ］．ＪＡｐｐｌＰｈｙｓ，２００３，９３（１２）：１３１１－１３１４．［１８］ＭＯＳＣＡＭ，ＲＥＶＥＲＣＨＯＮＪＬ，ＯＭＮＥＦ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅ

ｂｕｆｆｅｒｌａｙｅｒｓｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ（Ａｌ，Ｇａ）ＮＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｐｈｏ－ｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ［Ｊ］．ＪＡｐｐｌＰｈｙｓ，２００４，９５（８）：４３６７－４３７０．［１９］陆敏，方慧智，黎子兰，等．多缓冲层对ＭＯＣＶＤ生长的ＧａＮ

性能影响［Ｊ］．半导体学报，２００４，２５（５）：５２６－５２８．

［２０］吴洁君，韩修训，李杰民，等．缓冲层厚度对ＭＯＣＶＤ法生长

ＧａＮ外延薄膜性能的影响［Ｊ］．人工晶体学报，２００５，３４（３）：４６６－４６９．

刘一兵等：ＧａＮ基材料及其外延生长技术研究

作者简介：

刘一兵

（１９６４—），男，湖南邵东人，

高级工程师，研究方向为半导体器件制造工艺及设计

。