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本文采用混合酸溶液(H3PO4 : H2SO4 = 1 : 3)和熔融KOH作为湿法腐蚀介质,盐酸作为阳极腐蚀介质,用扫描电镜和透射电镜分别观察了蚀坑和T-Ds。
图1显示了在熔融KOH中蚀刻的GaN膜的平面SEM图像。如图1中清楚示出的,蚀刻坑都具有相似的对比度,并且都是发育良好的六边形,具有平边缘和尺寸从0.2pm到1 μm的不同尺寸的面,这意味着蚀坑的来源是相同的,最大坑B都是孤立的中等坑和的0,下午7点和1点,可以清楚地看到过蚀刻区域中的不同凹坑,这说明蚀坑不是均匀分布的,蚀坑密度是可靠的,图1( b)显示了放大倍数更高的更清晰的SEM显微照片,通过图1(a ), EPD可以估计为4 X 107/cnr,图2显示了在混合酸溶液中蚀刻的GaN膜的平面图SEM图像,蚀坑也不是均匀分布的,它们的尺寸从0,下午1点到0点,5pm具有不同的对比度,从图2估计的EPD约为5X 108/cm-1,比图1中的EPD大一个数量级,这表明图2中的蚀坑来源比图1中的多。
用化学腐蚀方法,如硝酸溶液(H3PO4 : HzSOq 1 : 3)和熔融KOH,盐酸蒸气腐蚀法,扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了GaN薄膜中的腐蚀坑和穿透位错,HCl气相刻蚀和湿法刻蚀GaN薄膜同一位置的SEM图像显示出明显不同的腐蚀坑密度和形状,结果表明,盐酸气相刻蚀可以显示出纯棱、纯螺纹和混合螺纹、混合酸。
图3显示了g= 1 100的GaN膜的横截面TEM显微照片。(0001)蓝宝石上的GaN模板由厚蓝宝石层(A区)、50nm GaN缓冲层(B区)、1.3㎝m未掺杂GaN外延层(C区)和2。7〃m掺硅n-GaN外延层er(D区),它在缓冲层中是高度有缺陷的,并且TDs清楚地出现在缓冲层和GaN外延层之间的界面附近,由于T Ds和GaN膜1101自由表面之间的镜像力,TDs线几乎垂直于GaN膜表面,插图是GaN外延层的选区电子衍射(SAED)图,给出了g矢量1 H|的方向,基于对比度-不可见性准则1 l-1,即纯螺旋位错的gb0,纯刃位错的gb0和g(Z > X L)= 0,这里g、b和L分别代表衍射光束的矢量、Burgers矢量和位错线,在(0001)蓝宝石衬底上生长的GaN外延膜中,对于纯螺位错,b平行于0001 ),对于纯刃位错,b平行于1/3 11 20 >,而对于任何T Ds1131,L平行于0001 ),因此我们可以得出结论,在TEM中,对于纯螺位错,g垂直于001 >,而对于纯刃T Ds,g平行于0001>,所以在图3中,可以观察到纯刃位错和混合TDs ( b = 1/3 f 123)),但是它们不能被区分,假设T Ds各向异性分布,我们可以得到TDs密度约为1.837×109/cm
图4示出了g= 0332的GaN膜的另一横截面TEM显微照片。根据以上讨论,所有三种类型的T-D都可以在图4中观察到,并且T-D密度为1,图4中的934×109/厘米,比较从图3和图4测得的TD密度,可以计算出纯螺杆的TD密度为9。7×107/cm2,这与图1中的EPD相似,还可以证实,蚀坑仅在熔融KOH中蚀刻的纯螺纹上产生,比较从图2和图3测量的TD密度,可以揭示混合酸溶液可以显示纯螺旋和混合TD,并且混合TD密度约为4.6X 108/cm2,纯边TD密度约为1.377X 109/cm2。
用湿法和蒸汽腐蚀方法,扫描电镜和透射电镜研究了GaN薄膜中腐蚀坑的密度和特征。HCl气相蚀刻可以显示纯螺杆、纯边缘和混合TDs,而用熔融KOH湿法蚀刻只能显示纯螺杆TDs,用混合酸溶液蚀刻可以显示纯螺杆和混合TDs。