单晶氮化镓纳米压痕与划痕实验

为分析单晶氮化镓的微观变形机理,使用纳米压痕仪对单晶氮化镓进行压痕与划痕实验。结果表明单晶氮化镓压痕过程存在弹塑转变过程即“pop-in”现象,分析得出此现象是由材料的位错萌生和扩展导致,压痕周围产生凸起现象导致计算硬度和弹性模量偏大,通过模型修正得到更真实的硬度和弹性模量数据。单晶氮化镓的变载划痕过程发生弹塑转变和脆塑转变,弹塑变形阶段深度-位移曲线波动平稳,表面光滑;而脆性阶段曲线波动幅度较大,表面产生侧向裂纹且朝着划痕方向45°对称分布。得到弹塑转变的临界载荷为389mN,脆塑转变临界载荷为1227mN,因此单晶氮化镓塑性加工区域应在389~1227mN之间,该区域内易加工出光滑表面。通过不同载荷划痕实验,发现划痕压头所受的切削力和摩擦系数随划痕载荷的增大而增大,因此氮化镓加工时应选择合理的加工载荷。

氮化镓单晶的液相生长

氮化镓(GaN)具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优良特性,是制作宽波谱、高功率、高效率光电子、电力电子和微电子的理想衬底材料。除气相法(包括HVPE(氢化物气相外延)、MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)、MBE(分子束外延))生长GaN单晶外,液相法(包括氨热法和助熔剂法)近几年在制备GaN单晶方面取得了较大的进展。本文介绍了氨热法和助熔剂法的生长原理、装备特点及生长习性;综述了两种液相生长方法的研究历程及研究进展,并对液相法生长GaN单晶的发展趋势及主要挑战进行了展望。

氨热法GaN单晶生长的位错密度演变研究

氮化镓单晶具有高击穿电压、直接带隙、高饱和电子漂移速率、良好的化学稳定性等特性,在光电子器件和大功率电子器件中有广泛的应用。然而异质外延氮化镓会产生高位错密度,限制了氮化镓基器件的性能发挥。本研究以HVPE-GaN为籽晶,采用氨热法生长了氮化镓单晶,利用扫描电子显微镜(SEM),光学显微镜和湿法腐蚀研究了氨热法氮化镓单晶籽晶区至侧向生长区的位错演变。研究结果表明,侧向生长区的氮化镓单晶位错密度明显低于籽晶区,侧向生长超过25μm后,位错密度降低2个数量级。

基于钠助熔剂法的GaN单晶生长研究进展

宽禁带氮化镓(GaN)材料以其独特的性质和应用前景成为国内外研究的热点,高质量GaN单晶衬底的制备是获得性能优异的光电子器件和功率器件的基础。钠助熔剂法生长条件温和,易获得高质量、大尺寸的GaN单晶,是一种具有广阔商业化前景的GaN单晶生长方法。钠助熔剂法自20世纪90年代末期被发明以来,经过20多年的发展,钠助熔剂法生长的晶体在尺寸与质量上都取得了长足的进步。本文从晶体生长原理和关键工艺(籽晶选择、温度梯度以及添加剂)等方面综述了钠助熔剂法生长GaN单晶研究进展,并对其面临的挑战和未来发展趋势进行了展望。

掺Si对MOCVD生长的GaN单晶膜的黄带发射及生长速率的影响

对MOCVD生长GaN :Si薄膜进行了研究 ,研究表明随SiH4 TMGa流量比增大 ,GaN :Si单晶膜的电子浓度增大 ,迁移率下降 ,X射线双晶衍射峰半高宽增加 ,同时带边发射强度得到了大大的提高 ,并报导了随SiH4 TMGa流量比增大 ,GaN :Si的生长速率降低的现象。研究结果还表明 ,预反应对GaN :Si单晶膜黄带发射影响很大 ,预反应的减小可以使黄带受到抑制。