单晶GaN纳米力学性能与切削特性试验研究

【目的】研究单晶GaN微纳米量级下的力学性能与切削特性,为微纳制造提供理论基础和数据支撑,也为半导体硬脆材料的超精密加工提供技术依据。【方法】通过纳米压入和变载、恒载纳米刻划试验,研究单晶GaN的纳米力学性能,分析其在变载纳米刻划过程中的材料去除机制,探讨恒载刻划参数对材料表面切削特性的影响。【结果】单晶GaN的硬度和弹性模量的均值分别为6.06、92.90 GPa,弹性回复率和弹性能回复率均随压入载荷的增加而降低;材料弹塑性转变与脆塑性转变的临界载荷分别约为390、1 200 mN;切削力与摩擦系数均随刻划速度、法向载荷的增加而增大。【结论】在390~1 200 mN法向载荷加载范围内,单晶GaN能够被塑性域去除,减少刻划过程中的脆性断裂损伤,提高加工表面的质量。

ECR-MOCVD方法GaN单晶薄膜生长热力学分析

基于热力学平衡和化学平衡理论 ,针对电子回旋共振金属有机化学气相沉积(ECR MOCVD)系统生长GaN的特点 ,给出了化学平衡模型和理论分析结果。计算得出了六方GaN的生长驱动力ΔP与生长条件 (Ⅲ族源输入分压P0 Ga 、Ⅴ /Ⅲ比、生长温度 )的关系。发现在 6 0 0～ 90 0℃内GaN沉积生长速率由Ⅲ族源气体的质量输运所控制。计算得到了六方GaN生长的决定因素和相图。理论计算和实验结果通过比较发现是吻合的。

液相法制备GaN单晶体研究进展

回顾了GaN单晶体的液相生长法研究进展,主要介绍了高压氮气溶液法(HPNSG)、Na助溶剂法以及氨热法的原理、生长条件及其研究进展。液相法可以制备相比于气相法更高质量的GaN晶体。其中HPNSG可以制备位错密度低于102cm-2的GaN晶体,氨热法可以生产出高质量的2英寸(1英寸=2.54 cm)GaN晶体,重点介绍了Na助溶剂法的生长设备及最新研究成果,目前该方法已经可以生长直径超过2 cm、高度约为1.2 cm的无位错块体GaN晶体。对液相法生长GaN晶体的应用前景进行了预测,认为液相法制备的高质量GaN晶体作为大功率、高可靠性GaN电子器件理想衬底,会发挥越来越重要的作用。

掺杂对GaN晶体力学性能影响的研究

对GaN单晶力学性能的研究有助于解决其在生长、加工和器件应用中的开裂问题。本文围绕掺杂对GaN单晶力学性能的影响,通过纳米压痕法测试了不同掺杂类型(非掺、Si掺和Fe掺)GaN单晶的弹性模量和硬度,测试结果表明掺杂对GaN单晶的硬度有重要影响。Si掺、Fe掺GaN较非掺样品硬度有所提升,用重掺杂的氨热GaN单晶作为对照,也证明了这一结论。通过高分辨X射线衍射分析和原子力显微镜表征实验发现,晶体结晶质量、接触面积等因素对GaN单晶硬度的影响较小。对GaN表面纳米压痕滑移带长度和晶体晶格常数进行测试,结果表明,掺杂影响GaN单晶硬度的主要原因是缺陷对GaN位错增殖、滑移的阻碍作用和掺杂引起的GaN晶格常数的变化。

GaN体单晶生长研究进展

宽禁带GaN半导体器件以其优异的电学和光学特性,已成为目前半导体领域中的研究热点。以高质量GaN体单晶基片为衬底的同质外延生长,是发挥GaN半导体器件优异性能的关键。高质量GaN单晶基片的缺乏已成为当前制约GaN器件发展的瓶颈。本文从影响LED器件设计与制造的关键因素(衬底)分析,综述了近年来几种常见GaN体单晶生长方法,并对它们的发展前景做出了展望。