温梯法白宝石晶体的缺陷研究

采用导向温梯法(TGT)生长出[0001]方向直径为76mm的白宝石晶体.利用扫描电子显微镜(SEM)观察晶体(0001)面的腐蚀坑形态,并对晶体内部的包裹物进行了能谱(EDS)分析.白宝石晶体中的生长缺陷主要为位错和包裹体等.Al2O3晶体(0001)面的位错腐蚀坑呈六角形,并且有台阶状结构.分析了(0001)面内的位错类型.确定了TGT法生长的白宝石内部的包裹物的主要成分为碳.     

Si基外延GaN中缺陷的腐蚀研究

本文采用KOH:H2O=3:20～1:25(质量比)的KOH溶液,对Si基外延GaN进行湿法腐蚀.腐蚀后用扫描电子显微镜(SEM)观察,GaN面出现了六角腐蚀坑,它是外延层中的位错露头,密度约108/cm2.腐蚀坑的密度随腐蚀时间延长而增加,说明GaN外延生长过程中位错密度是逐渐降低的,部分位错因相互作用而终止于GaN体内.观察缺陷腐蚀形貌还发现,接近裂纹处腐蚀坑的密度要高于远离裂纹处腐蚀坑的密度,围绕裂纹有许多由裂纹引起的位错.腐蚀坑的密度可以很好地反映GaN晶体的质量.晶体质量较差的GaN片,腐蚀后其六角腐蚀坑的密度高.     

提拉法Ti:LiAlO2晶体的生长、缺陷及N2退火研究

本文采用提拉法成功地生长了钛掺杂浓度为0.1%原子分数的LiAlO2单晶体,借助光学显微镜,结合化学腐蚀法,对Ti:LiAlO2晶体(100)面空气退火前后的缺陷特征进行了研究,用AFM观测了(100)面晶片在不同温度下流动N2气氛退火过的表面形貌。结果表明:Ti:LiAlO2晶体(100)面的位错腐蚀坑是底面为平行四边形的锥形坑,位错密度约为5.0×104cm-2,900℃空气退火后晶片表面的位错腐蚀坑变大;N2退火能显著影响晶片的表面形貌,当退火温度为900℃时,晶片的均方根粗糙度(RMS)达到最低值。     

a面白宝石单晶的温度梯度法生长及缺陷的研究

用温度梯度法(TGT)生长出了高质量的a面(11-20)白宝石单晶.通过化学腐蚀和光学显微镜研究了晶体内部的位错分布及其密度的大小,同时应用高分辨X射线四圆衍射法测定了晶体内部的完整性.     

温梯法Al2O3晶体位错形貌分析

用温度梯度法(Temperature Gradient Technique,简称温梯法或TGT法),定向籽晶[0001]方向,生长出φ110mm×80mm Al2O3单晶,晶体完整、透明.采用硼酸钠玻璃液作为Al2O3晶体的化学抛光和化学腐蚀剂,观察了晶体不同部位处(0001)、(112-0)晶片的化学腐蚀形貌相,(0001)切片的位错腐蚀坑呈三角形,位错密度为2×103～3×103/cm2;(112-0)切片位错腐蚀坑呈菱形,位错密度为7×103～8×103/cm2;而且等径生长部位的完整性比放肩处高.利用同步辐射X射线白光衍射实验分析了(0001)晶片的(2-021),(11-01)和(112-0)衍射面内的位错组态.确定了两组位错线的Burgers矢量,温梯法生长的Al2O3晶体中的位错主要是刃型位错.     

晶格畸变检测仪研究碳化硅晶片中位错缺陷分布

利用晶格畸变检测仪研究了SiC晶片位错分布情况,通过对熔融KOH腐蚀后的SiC晶片进行全片或局部扫描,从而得到完整SiC晶片或局部区域的位错分布。与LEXT OLS4000 3D激光共聚焦显微镜扫描腐蚀图进行比较,晶格畸变检测仪扫描腐蚀图可以将晶片上位错腐蚀坑信息完全呈现出来,且根据腐蚀坑呈现的颜色及尺寸大小,可以分辨出三种不同类型的穿透型位错,其中黑点腐蚀坑对应螺位错,小尺寸白点腐蚀坑对应刃位错,大尺寸白点腐蚀坑对应混合型位错。采用晶格畸变测试仪研究了4英寸(101.6 mm)N型4H-SiC晶体不同生长时期的位错密度及分布情况,结果表明随着晶体生长,位错密度呈现逐渐降低的趋势,生长后期晶片的总位错密度降为生长前期晶片总位错密度的近1/3,有利于反馈位错缺陷在SiC晶体生长过程中的延伸和转化特性信息,以指导SiC晶体生长工艺改进。     

VTE法制备γ-LiAlO2/α-Al2 O3复合衬底以及腐蚀和退火对其影响

通过气相传输平衡法(VTE)制备了γ-LiAlO2/α-Al2O3复合衬底,使用5;的稀盐酸对其进行腐蚀并在900℃退火72h.利用X射线衍射、偏光显微镜及扫描电镜对复合衬底进行了分析,发现在白宝石a面(11-20)和γ面(1-102)均获得单相多晶的γ-LiAlO2,且后者的择优取向好于前者.腐蚀可以提高样品的择优取向,在5;的稀盐酸中,时间控制在2min左右可获得较好的结果.退火后γ-LiAlO2颗粒质量得到改善,白宝石a面上γ-LiAlO2的质量优于r面上的γ-LiAlO2,两者都出现颗粒长大现象.     

重掺杂P型SiC的熔融KOH刻蚀行为研究

本文采用熔融KOH刻蚀方法详细研究了液相法生长的重掺杂P型6H-SiC晶体中的位错情况,探究了时间、温度变化对液相法生长的重掺杂P型6H-SiC晶片表面刻蚀的影响。当提高腐蚀时间或腐蚀温度时,晶片表面的腐蚀坑尺寸均表现出不同程度的增加,过高的温度及长时间刻蚀均导致过腐蚀现象的发生。根据不同腐蚀条件下腐蚀坑的形貌与分布,确定出刻蚀重掺杂P型6H-SiC晶片的最佳工艺参数。利用晶片在不同温度下的腐蚀速率变化关系及阿伦尼乌斯公式计算出晶体的反应活化能为10.59 kcal/mol。最后,对穿透型螺位错(TSD)和穿透型刃位错(TED)的形貌、尺寸和内部结构进行了详细的表征和分析,结果表明P型6H-SiC晶体中腐蚀坑的倾角与腐蚀时间无关。     

化学腐蚀法研究Nd:YAG晶体位错

采用化学腐蚀法研究Nd∶YAG晶体位错.研究发现,腐蚀剂、腐蚀温度以及腐蚀时间对位错的显示都有影响.浓磷酸腐蚀剂在220 ℃下腐蚀20 min时,显示的位错最为清晰.蚀坑形状为菱形,经过计算,位错密度大约为10~3 cm~(-2).同一种腐蚀剂在不同的腐蚀时间所形成的位错蚀坑大小和形貌是不同的.同时发现在样品的边缘有位错塞积群.     

TSTGT蓝宝石晶体位错腐蚀形貌分析

采用化学腐蚀-金相显微镜法,利用熔融的KOH对顶部籽晶温度梯度法(TSTGT)生长的直径320 mm的蓝宝石单晶中不同部位的晶片做了位错腐蚀形貌分析.研究表明,(0001)面的位错腐蚀坑呈三角形,腐蚀晶界具有延伸性.对比不同腐蚀时间、不同腐蚀温度和不同表面粗糙度下的腐蚀效果,发现使用KOH腐蚀剂在400℃腐蚀15min时,效果最好.表面粗糙度越小,位错图像越清晰.     

热交换法生长c面取向大尺寸蓝宝石晶体的研究

本文使用热交换法直接生长c面取向,尺寸为φ170 mm× 160 mm,重12 kg的蓝宝石晶体.晶体无色透明,内部无散射颗粒.沿c面(0001)方向的晶棒锥光图可观察到同心圆簇的干涉条纹,仅中心较小区域因内应力存在,干涉条纹发生扭曲.将抛光的晶片进行化学腐蚀后,通过金相显微镜检测位错腐蚀坑形貌图,结果显示,腐蚀坑呈三角形,平均位错密度较低,为1.98 × 103 Pits/cm2,X射线衍射半峰宽较小,晶体结构完整.     

Defect reduction of laterally regrown GaN on GaN/patterned sapphire substrates

Structural properties of GaN epilayers on wet-etched protruding and recess-patterned sapphire substrates (PSSs) have been investigated in detail using high-resolution double-crystal X-ray diffraction (DCXRD) and etch-pit density methods. The DCXRD results reveal various dislocation configurations on both types of PSSs. The etch pits of GaN on the recess PSS exhibit a regular distribution, i.e. less etch pits or threading dislocation density (TDD) onto the recess area than those onto the sapphire mesas. On the contrary, an irregular distribution is observed for the etch pits of GaN on the protruding PSS. A higher crystal quality of the GaN epilayer grown onto the recess PSS can be achieved as compared with that onto the protruding PSS. These data reflect that the GaN epilayer on the recess PSS could be a better template for the second epitaxial lateral overgrowth (ELOG) of GaN. As a result, the GaN epilayers after the ELOG process display the TDDs of around ∼10⁶ cm⁻².     

硫镓银晶体的化学腐蚀研究

采用改进的垂直布里奇曼(Bridgman)法自发成核生长AgGaS2晶体,在生长初期对生长安瓿籽晶袋进行上提回熔,生长出外观完整、无裂纹的大尺寸AgCaS2单晶体.采用XRD对晶体进行分析,获得了(112)、(001)和(101)面的高强度尖锐衍射峰.采用不同配比的腐蚀剂对晶体(101)、(112)及(001)晶面进行化学腐蚀,然后采用金相显微镜和扫描电镜观察,结果显示,(101)晶面蚀坑为清晰的近似三角形的四边形蚀坑,(112)晶面蚀坑为清晰的近似三角锥形,(001)晶面则呈现互相垂直的腐蚀线.初步分析了不同蚀坑的形成原因,计算出(101)和(112)面蚀坑密度约为105/cm2数量级.结果表明,改进方法生长出的大尺寸AgGaS2单晶体结构完整、位错密度低,质量较好.     

高温扩散法制备B-S共掺杂单晶金刚石

利用高纯度的硼粉和硫粉，在1 300℃的高温真空环境下，通过扩散装置制备出硼(B)、硫(S)共掺杂单晶金刚石。扫描电子显微镜、X射线能谱、拉曼光谱等测试结果表明，随着两种元素的掺入，金刚石的形貌和晶体质量发生变化。掺杂后的金刚石形貌复杂，蚀坑和沟壑内部形貌呈阶梯状，随着掺杂量的增加出现断层，并在蚀坑处检测出较高的硼原子和硫原子含量，掺杂B-S质量比为0.5的金刚石蚀坑处的硼原子和硫原子含量最高。随着杂质原子的渗入，拉曼半峰全宽值增大，金刚石的晶体质量下降。室温下进行霍尔检测结果表明，掺杂后的金刚石电阻率降低。B-S质量比为1和2的样品导电类型表现为p型；B-S质量比为0.5时，样品的霍尔系数为负值，导电类型为n型。     

2μm波段激光晶体Tm:YAP的生长缺陷

采用提拉法沿a、b、c轴方向生长了Tm:YAP晶体,研究了该晶体的几种常见缺陷.通过化学腐蚀,利用光学显微镜观察了Tm:YAP晶体主要晶面的位错腐蚀坑形貌,发现在沿b轴生长晶体的(010)面上存在位错蚀坑密度不同的区域,对其成因进行了分析.借助偏光显微镜研究了晶体中的孪晶及消光现象,分析了成因并提出了消除措施.用He-Ne激光对晶体内的散射颗粒分布进行了研究,在扫描电镜(SEM)下观察到形状不规则的散射颗粒夹杂.上述研究结果对获得优质Tm:YAP晶体具有重要意义.     

Growth,etching morphology and spectra of LiAlO2 crystal

γ‐LiAlO₂ single crystal was successfully grown by Czochralski method. The crystal quality was characterized by X‐ray rocking curve and chemical etching. The effects of air‐annealing and vapor transport equilibration (VTE) on the crystal quality, etch pits and absorption spectra of LiAlO₂ were also investigated in detail. The results show that the as‐grown crystal has very high quality with the full width at half maximum (FWHM) of 17.7‐22.6 arcsec. Dislocation density in the middle part of the crystal is as low as about 3.0×10³ cm^–2. The VTE‐treated slice has larger FWHM value, etch pits density and absorption coefficient as compared with those of untreated and air‐annealed slices, which indicates that the crystal quality became inferior after VTE treatment. (© 2008 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

碲锌镉单晶体的(110)面蚀坑形貌观察

本文报道了一种能够在室温下择优腐蚀碲锌镉(CZT)单晶体(110)晶面的腐蚀液配方,并对富Cd生长的CZT晶体蚀坑形貌进行了扫描电镜观察.结果表明晶体(110)面腐蚀坑形状为三角形,并初步对蚀坑的成因进行了分析,估算出CZT(110)面蚀坑密度约为103～105/cm2数量级.这说明富Cd原料的改进布里奇曼法可以生长出低蚀坑密度的CZT单晶体.     

Improvements in a-plane GaN crystal quality by AlN/AlGaN superlattices layers

Non-polar (1 1 2¯ 0) a-plane GaN films have been grown by low-pressure metal-organic vapor deposition on r-plane (1 1¯ 0 2) sapphire substrate. We report on an approach of using AlN/AlGaN superlattices (SLs) for crystal quality improvement of a-plane GaN on r-plane sapphire. Using X-ray diffraction and atomic force microscopy measurements, we show that the insertion of AlN/AlGaN SLs improves crystal quality, reduces surface roughness effectively and eliminates triangular pits on the surface completely.