PVT法同质籽晶AlN晶体生长

为了获得高质量AlN晶体,通过物理气相传输(PVT)法,采用AlN籽晶进行AlN晶体生长,并通过双温区加热装置对衬底与原料之间的温差进行调节。研究结果表明,籽晶形核阶段,随着AlN籽晶与原料顶温差的减小,AlN的形核机制呈现三种模式,分别为岛生长模式、畴生长模式和螺旋位错生长模式;晶体生长阶段,通过增加AlN籽晶与原料顶温差来提高晶体生长速率,采用10℃/h的变温速率将温差从10℃增加为30℃时,AlN晶体生长模式不变,仍然保持螺旋位错生长模式,该生长模式下获得的AlN晶体结晶质量最高,(0002)面摇摆曲线半峰宽(FWHM)约为55 arcsec。     

AlN单晶生长热场稳定性模拟

借助多物理场耦合软件模拟了物理气相传输法AlN单晶生长系统中的热场分布.探讨了生长不同厚度晶体的系统内部热场分布,并与实际生长不同厚度晶体的表面形貌进行比对.模拟结果表明,随着晶体厚度的增大,生长系统内部的轴向温度梯度出现不同程度的降低.晶体表面的径向温度曲线逐渐变为微凸界面,这与实际单晶厚度增大时表面形貌的变化趋势基本一致.另外模拟了多晶AlN源的升华收缩对热场分布稳定性的影响.结果表明,多晶AlN源收缩导致系统稳定性下降.通过分析不同电流下的热场分布结果,提出改善系统稳定性的措施.     

HVPE生长厚层GaN基片V/Ⅲ对结晶质量的影响

采用HVPE法,通过改变V/Ⅲ生长厚层GaN基片。分别采用X射线双晶衍射摇摆曲线、拉曼光谱及扫描探针显微镜进行生长晶体结晶质量和显微形貌分析。生长出表面光亮、无坑、无裂痕的60μm以上厚层GaN基片,并简要介绍厚层GaN基片生长过程中V/Ⅲ影响成核岛演变的规律。     

SiC籽晶上生长AlN单晶的杂质组成及处理

采用物理气相传输法在SiC异质籽晶上制备了AlN单晶。通过Raman光谱仪、X射线衍射仪、二次离子质谱仪和X射线光电子能谱研究了AlN单晶的结晶质量和杂质成分,针对不同的杂质成分提出了相应的处理方式。结果表明:C、O为AlN单晶中的主要杂质元素,其中C元素为非故意掺杂,与AlN单晶的生长环境密切相关,随着生长晶体厚度的增加,C杂质元素的含量逐渐降低。而O元素除了源粉和生长系统中吸附氧外,还与抛光过程中形成的氧化物层有关;经腐蚀和退火处理,AlN表面氧化物的含量大幅降低,N/Al摩尔比接近1;经杂质处理后的AlN单晶片可作为同质生长的籽晶。     

SiC籽晶上生长AlN单晶的断裂特性研究

通过扫描电镜(SEM)观察了SiC籽晶上生长AlN单晶的断裂面形貌。模拟了SiC籽晶与AlN晶体之间的应力分布。通过计算不同晶面的面间距,确定了六方晶系的AlN晶体中m面为解理面。拉曼光谱仪对不同晶面的特性进行了表征。结果表明,断裂面为m面,即裂纹扩展并沿m面解理形成断裂面。切割面为c面,AlN沿垂直于c方向生长。拉曼光谱中波数为656.2 cm-1的（E2(high)声子模为AlN单晶中的特征拉曼峰） 声子模式的半高宽为6.5 cm-1,晶体质量高。残余的张应力是裂纹产生的主要原因。