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科学:技术科学2019年第49卷第9期:1100~1106

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HVPE生长GaN气相反应路径的研究

左然*

江苏大学能源与动力,镇江212013

*E-mail:rzuo@

收稿日期:2018-01-06;接受日期:2019-02-28;网络版日期:2019-04-25

国家自然科学基金(批准号:资助项目

采用量子化学的密度泛函理论,对HVPE生长GaN的气相反应路径进行系统的理论计算分析,特别针对

GaCl与NH的反应、GaCl:NH消去H和Cl的反应、液Ga的气化导致H自由基的产生及其后续的反应.通过计算

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各反应的Gibbs自由能变和过渡态能垒,分别从热力学和动力学上判断反应进行的可能性.研究发现,在HVPE反

应器中,GaCl与NH可能发生的六种反应均有ΔG0,表明GaCl与NH的反应在热力学上不利于发生.对于GaCl:NH

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消去H或Cl的三种反应,也同样在热力学上不利于发生.通过热力学相平衡理论计算发现,当T1200K时,Ga蒸

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气压迅速上升,因此在气相反应中不能忽略气态Ga的影响.气态Ga与HCl反应将生成H自由基,并最终生成氨基物

GaClNH和GaCl(NH).这两种氨基物均不能继续与NH发生反应.因此得出结论,在HVPE反应器中,除了GaCl外,

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还可能存在另外两种含Ga气相分子,即GaClNH和GaCl(NH),它们将同时GaN的表面反应以及纳米粒子的

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生长前体.

密度泛函理论,氮化镓,氢化物气相外延,气相反应

1引言舟处发生反应,生成氯化镓(GaCl),GaCl再由载气(H/N)

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[1]

输送到衬底表面,与氨气(NH3)反应生成GaN晶体.由

[1,2]于HVPE生长GaN过程中存在严重的寄生反应,因此,

氮化镓(GaN)是一种重要的宽禁带材料,

广泛应用于照明和大功率电力电子器件.目前了解气相反应路径对控制和优化薄膜生长至关重要.

GaN薄膜的主要方法是以蓝宝石(AlO)为衬底的前人已经对HVPE生长GaN的气相反应做过大量

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金属有机化学气相外延(metalorganicvaporphaseepi-