助熔剂法生长GaN单晶衬底的研究进展

GaN性能优异，在光电子、微电子器件应用广泛，发展潜力巨大；进一步发展，需提升材料质量，制备高质量氮化镓同质衬底。同质衬底有助于发挥GaN基器件性能，助熔剂法极具产业化优势。国际上，日本进展迅速（最大超过6 inch，位错密度低至102/cm2 量级）。当前存在着多晶、应力、位错、点缺陷、均匀性等挑战。

近日，第九届国际第三代半导体论坛（IFWS）&第二十届中国国际半导体照明论坛（SSLCHINA）在厦门国际会议中心召开。期间，“氮化物衬底、外延生长及其相关设备技术分会“上，中国科学院苏州纳米所助理研究员司志伟带来了“助熔剂法生长GaN单晶衬底的研究进展 ”主题报告，国际进展及挑战，主要研究内容及进展。

报告分享了助熔剂法GaN单晶生长及物性研究进展，涉及不同生长机制下应力演化-应力控制，探索单晶制备路线-应力驱动自分离，生长习性研究-Ga&N极性，Ga/N-polar GaN 黄光带来源-点缺陷，助熔剂法生长的Ga/N-polar GaN普遍存在黄光，N极性明显强于Ga极性。Ga/N-polar GaN 黄光带来源-点缺陷，助熔剂法自发形核GaN微晶，微碟光学起源研究-黄绿光(YGL)，光泵浦激发GaN微碟实现紫外激光，实现紫外激光行为的物理机制等。

报告指出，利用岛状生长产生拉应力抵消生长界面压应力，实现良好的应力控制，成功获得3英寸、无裂纹的Na-flux GaN体单晶；探索单晶制备新路径，利用籽晶回溶腐蚀，产生空洞辅助自分离，获得了自分离、无应力GaN，并探讨了其分离机制；

在同一生长条件下同时获得Ga&N极性GaN，首次系统研究了其生长习性及其应力分布，显著降低位错至4-8x105cm-2；对Ga&N极性GaN的YL起源深入研究，排除了位错、镓空位相关的缺陷，通过缺陷形成能计算及SIMS表征，证实了C杂质相关的缺陷导致YL出现，为进一步调控载流子及缺陷发光提供指导。

对自发形核微晶进行系统的光谱学研究，为揭示氮化镓材料黄绿/紫外发光起源及生长条纹研究提供了崭新的研究视角，并用光泵浦实现了紫外激射，扩展了氮化镓微碟激光器的制备路线。

为进一步获得更大尺寸、更高质量GaN生长研究奠定了基础。高质量大尺寸GaN体单晶需要进一步进行杂质调控、降低位错、制备更高质量、更大尺寸氮化镓体单晶。

审核编辑：刘清