籽晶的表面損傷會導(dǎo)致后續(xù)生長的晶體位錯增多。為了降低籽晶表面的損傷,通常采用粗磨-精磨-拋光的多步過程處理的晶片作為籽晶,工藝步驟多、復(fù)雜,成本高。本文采用磷酸去除表面損傷層的粗磨GaN與化學(xué)機械拋光的GaN分別作為籽晶,對比了兩種籽晶氨熱生長后晶體表面、生長速率、結(jié)晶質(zhì)量、應(yīng)力狀況。光學(xué)顯微鏡表明兩種籽晶生長后晶體的表面具有相似的丘狀表面。氨熱法生長速率較慢,化學(xué)機械拋光籽晶生長速率略高于粗磨籽晶。X射線單晶衍射（XRD）（002）和（102）的搖擺曲線半高寬顯示拋光籽晶與粗磨籽晶生長得到GaN結(jié)晶質(zhì)量基本一致。Raman E₂（high）頻移表明拋光籽晶生長的GaN晶體接近無應(yīng)力狀態(tài),粗磨籽晶生長的晶體存在較小的壓應(yīng)力。 

【文章來源】：人工晶體學(xué)報. 2020,49(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

生長前籽晶的XRD測試結(jié)果

本文設(shè)置了一組對照實驗,使用兩片10 mm×10 mm HVPE生長的c面GaN籽晶,一塊表面經(jīng)過粗磨后用磷酸腐蝕,在130 ℃下腐蝕5 min,得到去除表面損傷層的未拋光GaN籽晶,另一塊表面經(jīng)過化學(xué)機械拋光的GaN籽晶,作為對照樣品。如圖1所示,化學(xué)機械拋光處理的HVPE-GaN籽晶表面非常平整,表面粗糙度為0.2 nm。未拋光HVPE-GaN籽晶的兩面比較粗糙,表面粗糙度約為45.7 nm。通過XRD表征(圖2),表面粗磨的籽晶存在損傷層,XRD測試搖擺曲線半高寬寬化,并且顯示出較寬的底部。對粗磨籽晶進行磷酸腐蝕去損傷層后,XRD測試的半高寬明顯變窄,與化學(xué)機械拋光處理的籽晶(002)、(102)面半高寬接近,近似認為兩塊籽晶的晶體質(zhì)量一致。將兩片籽晶放在同一高壓釜內(nèi)生長,生長條件完全相同,生長時間為30 d。圖2 生長前籽晶的XRD測試結(jié)果

為了進一步研究籽晶表面處理對GaN晶體生長的影響,將樣品A和樣品B沿m面解理開,進行截面分析。使用掃描電子顯微鏡(SEM)的陰極熒光(CL)附件測試得到全色顯微圖像,觀察解理面的形貌特征,如圖4所示。陰極熒光的全色顯微圖像可以研究樣品的均勻性,獲得樣品中非發(fā)光復(fù)合中心的空間分布情況。因為在不同生長條件下,摻雜效率也會不同,所以在CL的全色顯微圖像中可以很明顯地區(qū)分出HVPE-GaN籽晶部分和Am-GaN生長層部分。根據(jù)CL成像,測量生長層厚度,得到樣品A和樣品B的生長速率分別為3.5 μm/d和2.8 μm/d。從生長速率可以看出,拋光籽晶生長樣的品A的生長速率略高于粗磨籽晶生長的樣品B。籽晶上晶體生長速率受礦化劑濃度、溫度梯度等因素影響,從前期研究工作來看,生長速率范圍為2～30 μm/d。圖4 氨熱法生長得到的GaN晶體解理面的陰極熒光全色顯微圖像

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3029160