“…Key words: gallium nitride; hydride vapor phase epitaxy; doping; crystal growth; review Ⅲ族氮化物作为第三代半导体材料的代表, 在 光电子和微电子等领域具有重大的应用前景, 与之 相关的材料生长和器件研制受到了广泛关注, 并取 得了长足进步。相比于第一代和第二代半导体材料, 以碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)和氮化 铝(AlN)为主的第三代半导体材料具有更高的击穿 电场、电子饱和速率、热导率以及更宽的带隙, 更 适用于研发制造高频、大功率、抗辐射、耐腐蚀的 电子器件、光电子器件和发光器件。 相比于间接带隙半导体 SiC 以及受限于 p 型掺 杂的 ZnO, GaN 作为第三代半导体材料的代表属于 直接带隙半导体, 具有带隙宽、击穿电压高、热导 率高、 介电常数小等特性 [1] , 已广泛应用于蓝绿激光 器、射频微波器件等光电子器件和电力电子器件中, 在激光显示、5G 通信、相控阵雷达以及智能电网等 领域具有重要应用前景 [2] , 并逐渐成为第三代半导 体产业的核心支撑材料。 根据衬底材料的不同, [4] Fig. 1 Schematic diagram of GaN [4] (a) Hexagonal unit call (left) and the bond structure of GaN (right), with green balls indicating Ga atoms and blue balls indicating N atoms; (b) Polar face (left), non-polar face (middle) and one kind of semi-polar faces (right) of GaN crystal 原子, 潜在的半极性面有: {1010}, {1012}, {1013}, {1014}, {1015}, {1122}, {1124}, {2021}, {2023}, {3032}, {3130}, {2132}和 {2133}; 目前以{1010}, {1013}, {1014}, {1122}, {2021}以及{3130}为代表 的半极性面已被发现并研究 [4][5][6][7] 。 完美晶体中的原子严格按周期性规则排列, 但 生长过程中产生的缺陷不仅破坏了晶体结构的完整 性, 还会影响晶体的性质。因此研究晶体中缺陷的 产生、 相互作用以及对性能的影响对于提升 GaN 晶 体的光电性能, 提升 GaN 基器件的效率和稳定性具 有重要的意义。GaN 晶体生长过程中缺陷的产生是 不可避免的, 根据尺度和形貌的不同, 缺陷可分为 四种 [4] 。 (1)零维缺陷, 即点缺陷, 与单个原子的位置 有关, 如空位(V Ga 、V N )、间隙原子(N i 、Ga i 、间隙 杂质原子)、替代原子(N Ga 、Ga N 、替代杂质原子), 掺 杂就是通过晶体中杂质原子形成点缺陷进而影响晶 体的光电性质。不同的点缺陷作为施主、受主或等 电子杂质发挥作用, GaN 中常见的施主有 Ga 格点位 置上的 Si、Ge 以及 N 格点位置的 O、S、Se 等; GaN 中常见的受主有 Ga 格点位置上的 Mg、Ca、Zn 以 及 N 格点位置的 Fe、 C、 Si、Ge 等。(2)一维缺陷, 也 称线缺陷, 与某一个方向有关, 如位错。(3)二维缺 陷, 也称面缺陷, 与某个晶面有关, 如晶界、晶面、 堆垛层错。(4)三维缺陷, 也称体缺陷, 与体积相关, 如空洞、裂纹、凹坑 [4] 。…”