高质量GaN体单晶的氨热生长及关键科学问题的研究

高质量GaN体单晶是制作低损耗、高性能GaN器件的最佳衬底，而氨热生长技术被认为是最有潜力制备缺陷密度低于10E4/cm2 GaN单晶的方法。目前由于对GaN氨热体系缺乏深入的理解及釜体结构设计不合理，使得晶体生长质量差、生长速率低。本项目针对氨热体系传统轴向控温高压釜釜壁成核严重的固有缺点，自行设计了内加热式高压釜，在研究中采用实验与非平衡热力学耦合理论计算相结合的方法，构筑GaN氨热体系的非平衡相图，充分理解氨热体系中不同矿化剂作用下的相关系和前驱物的溶解特性，指导矿化剂的选择和优化；借助流体模拟计算，精心设计实验，研究物质输运过程、GaN结晶生长机理等关键科学问题；研究生长过程中各生长参数对晶体质量的影响；借助各种微区研究手段，研究GaN单晶中的缺陷的形成机理，以及它们之间的相互作用、产生和湮没规律。以此为基础，优化各项生长参数，最终得到缺陷密度低于10E4/cm2的GaN单晶。

高质量GaN 体单晶是制作低损耗、高性能GaN 器件的最佳衬底，而氨热生长技术被认为是最有潜力制备缺陷密度低于10E4/cm2 GaN 单晶的方法。目前由于对GaN 氨热体系缺乏深入的理解及釜体结构设计不合理，使得晶体生长质量差、生长速率低。本项目针对氨热体系传统轴向控温高压釜釜壁成核严重的固有缺点，自行设计了内加热式高压釜，在研究中选用不同配比的NaNH2/KNH2作为矿化剂，构筑了相应矿化剂配比的GaN 氨热体系的非平衡相图，研究了氨热体系中不同矿化剂作用下的相关系和前驱物的溶解特性，研究了生长过程中物质在新式高压釜中的输运过程、以及GaN 结晶生长机理等关键科学问题；研究了生长过程中各生长参数例如温度梯度、籽晶结晶质量对晶体质量、生长速率的影响。本项目的研究为GaN晶体的氨热生长积累了丰富的热力学和动力学数据，对大尺寸高质量GaN单晶的氨热生长具有很重要的应用价值。