人工晶体学报

作者：黄戈萌, 马明, 夏颂, 范世????, 李振荣

单位：西安交通大学，电信学部电子科学与工程学院，电子陶瓷与器件教育部重点实验室&国际电介质研究中心，西安 710049

关键词：GaN晶体,Na助熔剂法,图形化衬底,非图形化衬底,生长模式,

基金：国家重点研发计划(2022YFB3605202);国家重点研发计划(2021YFB3602000)

本研究采用Na助熔剂液相外延生长法，开展了不同温度下图形化（PS）与非图形化（NPS）薄膜衬底上GaN晶体的外延生长研究。结合COMSOL数值模拟，计算并分析了不同温度条件下Ga-Na熔体中的氮浓度分布及GaN过饱和度变化规律，从实验与数值模拟两方面系统研究了PS和NPS上GaN晶体外延生长行为的差异。研究结果表明，在PS上，仅在840和850 ℃下成功实现了接种与外延生长，所得晶体表面呈现规则的六方锥阵列形貌，断面中上部存在未完全填充间隙。随温度从840 ℃升至850 ℃，熔体中氮浓度升高，过饱和度降低，六方锥小面趋于光滑，整体厚度由约570 μm增至约810 μm；当温度进一步升至860 ℃时，熔体中过饱和度进一步降低，点籽晶完全溶解，无外延生长发生。与之相比，在NPS上，840~860 ℃均可实现稳定外延生长。随温度升高，熔体中过饱和度逐渐降低，晶体表面形貌由低温下的山脊状结构逐渐转变为平坦胞状结构，断面表现为横向连续且致密。晶体厚度随温度变化呈先增后减趋势，于850 ℃达到最大值约1 450 μm。此外，PS上所得GaN晶体的厚度显著小于NPS。相比于NPS，PS的稳定外延生长窗口更窄，需要更精确地调控生长参数，以实现高质量晶体的外延生长。

来源：2026年第3期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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