氮化镓籽晶的表面损伤处理及氨热生长研究

发布时间：2021-02-11 13:09

　　籽晶的表面损伤会导致后续生长的晶体位错增多。为了降低籽晶表面的损伤,通常采用粗磨-精磨-抛光的多步过程处理的晶片作为籽晶,工艺步骤多、复杂,成本高。本文采用磷酸去除表面损伤层的粗磨GaN与化学机械抛光的GaN分别作为籽晶,对比了两种籽晶氨热生长后晶体表面、生长速率、结晶质量、应力状况。光学显微镜表明两种籽晶生长后晶体的表面具有相似的丘状表面。氨热法生长速率较慢,化学机械抛光籽晶生长速率略高于粗磨籽晶。X射线单晶衍射（XRD）（002）和（102）的摇摆曲线半高宽显示抛光籽晶与粗磨籽晶生长得到GaN结晶质量基本一致。Raman E₂（high）频移表明抛光籽晶生长的GaN晶体接近无应力状态,粗磨籽晶生长的晶体存在较小的压应力。 

【文章来源】：人工晶体学报. 2020,49(07)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

生长前籽晶的XRD测试结果

本文设置了一组对照实验,使用两片10 mm×10 mm HVPE生长的c面GaN籽晶,一块表面经过粗磨后用磷酸腐蚀,在130 ℃下腐蚀5 min,得到去除表面损伤层的未抛光GaN籽晶,另一块表面经过化学机械抛光的GaN籽晶,作为对照样品。如图1所示,化学机械抛光处理的HVPE-GaN籽晶表面非常平整,表面粗糙度为0.2 nm。未抛光HVPE-GaN籽晶的两面比较粗糙,表面粗糙度约为45.7 nm。通过XRD表征(图2),表面粗磨的籽晶存在损伤层,XRD测试摇摆曲线半高宽宽化,并且显示出较宽的底部。对粗磨籽晶进行磷酸腐蚀去损伤层后,XRD测试的半高宽明显变窄,与化学机械抛光处理的籽晶(002)、(102)面半高宽接近,近似认为两块籽晶的晶体质量一致。将两片籽晶放在同一高压釜内生长,生长条件完全相同,生长时间为30 d。图2 生长前籽晶的XRD测试结果

为了进一步研究籽晶表面处理对GaN晶体生长的影响,将样品A和样品B沿m面解理开,进行截面分析。使用扫描电子显微镜(SEM)的阴极荧光(CL)附件测试得到全色显微图像,观察解理面的形貌特征,如图4所示。阴极荧光的全色显微图像可以研究样品的均匀性,获得样品中非发光复合中心的空间分布情况。因为在不同生长条件下,掺杂效率也会不同,所以在CL的全色显微图像中可以很明显地区分出HVPE-GaN籽晶部分和Am-GaN生长层部分。根据CL成像,测量生长层厚度,得到样品A和样品B的生长速率分别为3.5 μm/d和2.8 μm/d。从生长速率可以看出,抛光籽晶生长样的品A的生长速率略高于粗磨籽晶生长的样品B。籽晶上晶体生长速率受矿化剂浓度、温度梯度等因素影响,从前期研究工作来看,生长速率范围为2～30 μm/d。图4 氨热法生长得到的GaN晶体解理面的阴极荧光全色显微图像

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3029160