研究目的
研究镁掺杂对氮化镓薄膜生长过程中位错与应力演变的影响，包括掺杂原子尺寸效应、位错弯曲与极性反转之间的相互作用。
研究成果
镁掺杂与硅掺杂类似，可促进氮化镓薄膜中的位错弯曲及拉应力生成。镁尺寸效应产生的压应力仅在低位错密度（<5×10^9 cm^-2）条件下显现。高镁浓度下的极性反转会降低螺位错密度。所建立的动力学模型成功捕捉了这些效应，计算与实测的弯曲角度高度吻合。这些发现对优化氮化镓基器件的p型掺杂及缺陷控制至关重要。
研究不足
该研究仅限于采用MOCVD法在硅衬底上生长的镁掺杂氮化镓薄膜，其结果可能不适用于其他掺杂方法或衬底。镁诱导位错弯曲的精确机制尚未完全明确，且模型依赖于拟合参数。A堆叠中较高的位错密度可能掩盖部分效应，极性反转的复杂性需进一步研究。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术在硅衬底上生长镁掺杂氮化镓薄膜，以探究位错弯曲与应力演变机制。通过原位曲率测量与非原位透射电子显微镜（TEM）技术监测应力及位错行为，并建立动力学应力演变模型进行分析。
2：样本选择与数据来源：
使用具有不同位错密度的两种生长堆叠结构（A和B）。堆叠A位错密度较高（约10^11 cm^-2），而堆叠B因采用阶梯梯度过渡层使位错密度较低（约10^9 cm^-2）。样品标记为A0-A6和B0-B4，对应不同镁浓度梯度。
3：实验设备与材料清单：
设备包括AIXTRON水平流动反应器（AIX 200/4 RF-S）、k-space公司原位多光束光学应力传感器（MOSS）、TEM成像系统及二次离子质谱仪（SIMS）用于镁浓度分析。材料包含三甲基铝（TMA）、三甲基镓（TMG）、环戊二烯基镁（Cp2Mg）、氨气（NH3）及氢载气。
4：实验流程与操作规范：
薄膜在40毫巴压力及最高1000°C温度下生长。通过MOSS实时监测应力变化。生长后采用TEM观察位错弯曲形貌，KOH腐蚀法判定极性，并通过SIMS测定镁浓度分布。
5：数据分析方法：
运用整合位错弯曲与尺寸效应的动力学模型拟合应力数据，将TEM图像中的弯曲角度与模型预测值进行对比验证，并对位错密度及应力值进行统计分析。
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获取完整内容-
AIXTRON horizontal flow reactor
AIX 200/4 RF-S
AIXTRON
Used for the growth of Mg-doped GaN films via metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD).
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multi-beam optical stress sensor
MOSS
k-space Associates, Inc.
Used for in situ curvature measurements to monitor stress evolution during film growth.
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transmission electron microscopy
Used for ex situ imaging to observe dislocation bending and density changes.
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secondary ion mass spectrometry
SIMS
Used to measure Mg concentration in the films.
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tri-methyl aluminium
TMA
Epi-chem Pvt. Ltd.
Precursor for aluminium in the MOCVD process.
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tri-methyl gallium
TMG
Epi-chem Pvt. Ltd.
Precursor for gallium in the MOCVD process.
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cyclopentadienyl magnesium
Cp2Mg
Epi-chem Pvt. Ltd.
Precursor for magnesium doping in the MOCVD process.
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ammonia
NH3
Air Products Pvt. Ltd.
Nitrogen source for the MOCVD process.
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hydrogen
Carrier gas for the MOCVD process.
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