刘国峰,左 然

(江苏大学能源与动力工程学院，镇江 212013)

0 引 言

GaN是重要的宽禁带半导体材料，在半导体照明、大功率电力电子器件等领域拥有广阔的应用前景[1-2]。金属有机气相外延(简称MOVPE)是制备GaN薄膜的重要方法，它一般是将Ga(CH3)3(简称TMG)与NH3在H2/N2载气携带下通入反应室，在高温激活下，反应气体发生气相和表面反应，在衬底表面形成GaN薄膜。其中气相反应决定了薄膜前体的类型和有害纳米粒子的产生，从而影响薄膜质量和生长速率。因此了解GaN沉积的气相反应过程尤为重要。

前人[3-5]研究发现，MOVPE生长GaN的气相反应主要为热解路径和加合路径的竞争，而在TMG热解反应中产生的CH3和H自由基，对气相反应的两种路径均产生促进作用。Chen等[6]通过质谱测量研究了TMG在H2/N2载气下的热解反应，发现TMG在H2中分解温度比在N2中更低，分解速率更快。Larsen等[7]通过H同位素研究发现，TMG在D2中热解生成CH3D，同时产生D自由基。Creighton等[8]通过实验和理论研究发现，TMG和NH3反应生成的加合物TMG∶NH3在高温区重新分解成TMG，TMG热解产生的CH3自由基与H2反应生成H自由基，H自由基促进了TMG热解生成Ga(CH3)2(简称DMG)。通过激光散射和质谱测量，观察到衬底前沿约6 mm处存在纳米粒子薄层，该薄层对激光束产生散射。当载气为H2时散射强度大，生长速率较低；当载气由H2换成N2，散射强度迅速下降，生长速率加快。由于散射强度对应纳米粒子浓度，因此证明H自由基在强化热解反应的同时也会使寄生反应加剧。Moscatelli等[5]利用量子化学计算证明，在TMG/NH3/H2系统中，当TMG到达分解温度后，由CH3开始的链锁反应将促进寄生反应和纳米形核。……