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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

目前用来作为紫外探测的半导体材料主要有gan、zno、金刚石、sic等[3-9]，这些半导体材料禁带宽度较宽（一般大于3 ev）,且具有良好的导热性能和化学稳定性。其中gan是直接带隙半导体材料，具有熔点高（约为1700度）和稳定性高等优点。通过al的引入形成algan合金后带隙可实现3.4-6.2ev范围内的调节[10,11]，是制备紫外光电探测器的理想材料。但algan合金材料的制备成本较高，需要高真空的条件，这大大限制其应用。为了寻求简单的方式实现gan在短波长区域的带隙调节，有望实现gan的能带宽度在3.4-4.9 ev范围内的调节，本文采用热氧化的方法对氮化镓薄膜进行氧化处理。

国内外研究现状

由于 gan 半导体材料的特殊性能在光电子领域和高温高频电子制造业上的优越性，使其无论在民用还是军用方面都有着巨大的潜力和广阔的市场，世界各国也都相应投入了大量的技术力量和资金，开展 gan 半导体材料及其衬底生长的研究工作。比如美国推出了“国家半导体照明研究计划”；日本则有“21 世纪光计划”；欧洲有“彩虹计划”；韩国有“氮化镓半导体开发计划”。而且这

些国家不约而同地在Ⅲ族氮化物衬底特别是 gan 体单晶衬底研究方面投入了很大力量，并取得了很大成果。 美国在氮化镓体单晶制备技术的研究方面，一直处于领先地位。先后有 tdi、kyma、atmi、cree、cpi 等公司成功生产出氮化镓单晶衬底。tdi 公司发展出了新一代氮化镓 hvpe 技术和设备。氮化镓半导体材料制造商 atmi 公司也采用 hvpe 法生长氮化镓单晶衬底。cree 公司利用 hvpe 工艺，发展出了氮化镓 free-standing 衬底技术，2004 年收购 atmi 的氮化镓衬底业务后，又极大地增强该公司氮化镓衬底和外延领域的核心技术能力。目前该公司不仅可以生产氮化镓 free-standing 衬底，还利用 hvpe 工艺成功生长出氮化镓单晶锭，大大降低了氮化镓单晶衬底的位错密度。cpi（crystal photonics inc.）主要从事氮化镓衬底研究，它采用一种 mocvd 和 hvpe 混合方法生长，衬底不是采用传统的蓝宝石或碳化硅，而是采用镓酸锂（li ga o2）或铝酸锂（lialo2）衬底，相对于传统的蓝宝石或碳化硅，镓酸锂或铝酸锂衬底与氮化镓晶格更匹配，并且氮化镓与镓酸锂或铝酸锂的键合强度弱，使得衬底的剥离更容易，但化学一致性较差。采用 mocvd 和 hvpe 复合反应器，比单纯的 mocvd 或 hvpe 更容易生长出高质量的厚氮化镓层，生长工艺灵活性更高。

2. 研究的基本内容

gan的制备条件已非常成熟，本项目采用已经制备好的gan薄膜为基材，

1、通过x射线衍射（xrd）、扫描电子显微镜(sem)、荧光分光光度计和紫外-可见光分光光度计研究gan薄膜的结构和光学性质。为后期的热氧化提供前提条件。

2、应用管式炉对gan薄膜材料进行处理，研究退火温度、气氛和时间等工艺参数对gan材料的微结构和能带结构的影响,揭示不同退火温度对gan薄膜材料的影响。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案：本项目选择gan为研究对象，采用退火的方法制备出不同退火温度下形成的gan薄膜；利用x射线衍射，扫描电子显微镜，紫外-可见光分光光度计等对样品的结构和光学特性进行分析，并探究不同退火温度对于gan薄膜的紫外光响应特性。具体实施路线如下：

（1） 首先对已有的gan薄膜进行结构和性能测试，确定gan的带隙宽度、结晶质量和缺陷等参数。

（2） 在上述基础上采用管式炉对gan薄膜进行退火，研究退火温度、气氛和时间等参数对gan薄膜的能带结构、晶体结构和光学特性的影响。

4. 参考文献

[1] j. a. r. samson, techniques of vacuum ultraviolet spectroscopy, wiley, new york, 1967.

[2] j. hennes and l. dunkleman, the middle ultraviolet: its science and technology, wiley, new york, 1966, chap. 15.

[3] 杜晓晴，常本康，钱芸生，乔建良，田健，gan 紫外光阴极材料的高低温两步制备实验研究，光学学报，2010，第30卷第6期。