HVPE生长GaN气相反应路径的研究

作者：孙秀秀; 左然^*

来源：中国科学 技术科学, 2019, 49(09): 1100-1106.

• 密度泛函理论
• 氮化镓
• 氢化物气相外延
• 气相反应

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NH3的反应、GaCl3:NH3消去H2和Cl2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NH3可能发生的六种反应均有ΔG>0,表明GaC l与NH3的反应在热力学上不利于发生.对于GaCl3:NH3消去H2或Cl2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T>1200 K时, Ga蒸气压迅速上升,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GaClNH2和GaCl(NH2)2.这两种氨基物均不能继续与NH3发生反应.因此得出结论,在HVPE反应器中,除了GaCl外,还可能存在另外两种含Ga气相分子,即GaClNH2和GaCl(NH2)2,它们将同时提供GaN的表面反应以及纳米粒子的生长前体.

• 单位
  江苏大学