人工晶体学报

作者：覃佐燕, 金雷, 李文良, 谭俊, 何广泽, 武红磊

单位：1.深圳大学电子与信息工程学院,深圳 518060; ；2.中国电子科技集团有限公司第四十六研究所,天津 300220; ；3.深圳大学物理与光电工程学院,深圳 518060

关键词：AlN晶体,PVT法,亚晶,混合生长模式,螺旋位错驱动生长,

基金：国家重点研发计划(2022YFB3605303);深圳市计划项目(JCYJ20210324093007020);国家自然科学基金(62474113);广东省重点领域研发计划项目(2020B010169003)

物理气相传输(PVT)法制备AlN晶体时,亚晶的产生会降低晶体质量,甚至多晶化。本文通过调节热/动力学生长条件,研究AlN晶体中亚晶产生及变化规律,提出抑制方法调控生长模式。实验结果表明,大的温度波动导致晶体表面气相物质过饱和度波动变大,增加高指数晶面的形成概率,这些晶面因非一致性难以实现完美聚并。本文还研究了稳定温场条件下,气相物质输运对生长模式的影响。实验及模拟结果显示,传统坩埚内气相物质由晶体边缘向中心迁移,与台阶方向相反,晶体表面易演变成混合生长模式。通过设计的新型坩埚,实现气相物质顺台阶流方向迁移,满足层状可控生长的基本条件。在2 200~2 300 ℃下,随温度降低,晶体呈c轴优势生长,侧向扩展能力降低;随温度升高,侧向扩展能力变强,但晶体表面高指数晶面形成概率增加;温度约2 250 ℃时,两者达到平衡,适合亚晶的抑制和消除。结合BCF理论分析,降低过饱和度可增强螺旋位错驱动生长的二维平铺能力,并增大台阶宽度,有利于将亚晶界分散融入台阶流中。优化后的实验,促进了生长模式向螺旋位错驱动生长模式的转变,亚晶逐渐被湮灭,获得高质量AlN晶体,其(0002)面的X射线单晶摇摆曲线半峰全宽为58″,拉曼谱的E2(High)半峰全宽为3.3 cm-1,位错密度为2.87×103 cm-2。

来源：2024年第9期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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