【摘 要】
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由于Ⅲ-Ⅴ族材料在光电子器件尤其是发光器件中被广泛应用,随着硅基光电集成的发展,在硅衬底上异质外延生长Ⅲ-Ⅴ族材料引起了研究者极大的关注,其面临的主要瓶颈问题是高密度穿透位错（Threading Dislocation）的形成。在研究硅基Ⅲ-Ⅴ族材料的质量时,准确地表征其穿透位错密度是非常关键的。它可以为异变外延生长技术的改进提供依据,从而对高质量异变外延的实现起到支撑和助推作用。用来表征位错的方
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由于Ⅲ-Ⅴ族材料在光电子器件尤其是发光器件中被广泛应用,随着硅基光电集成的发展,在硅衬底上异质外延生长Ⅲ-Ⅴ族材料引起了研究者极大的关注,其面临的主要瓶颈问题是高密度穿透位错（Threading Dislocation）的形成。在研究硅基Ⅲ-Ⅴ族材料的质量时,准确地表征其穿透位错密度是非常关键的。它可以为异变外延生长技术的改进提供依据,从而对高质量异变外延的实现起到支撑和助推作用。用来表征位错的方法主要有电子通道衬度成像（ECCI）技术、透射电子显微镜（TEM）技术、湿法化学腐蚀（EPD）技术和原子力显微镜（AFM）技术等。本论文主要对上述四种位错表征方法的测量精度以及误差来源进行了研究,其中重点进行了 ECCI测试方法的实验研究,得出了使用ECCI测量GaAs/Si异变外延片时的优化测试条件,同时通过综合分析提出了提高测量精度的优化方案。本论文的主要研究工作和成果如下:（1）通过对比10 kV、15 kV、20 kV等电压下得到的图像对比度大小,确定了 ECCI的工作电压;通过调整样品台倾斜角度、旋转角度使扫描电子显微镜中心光标分别对准GaAs外延层的g（220）、g（400）、g（220）与g（400）交叉中心所对应的菊池线,确定了对比度最大时对应的电子通道花样（ECP）模式;通过固定工作电压和ECP模式,调整样品台倾斜角度确定了对比度最佳的样品台倾斜角。最终得到ECCI在测量GaAs/Si异变外延片时对比度最大的测试条件:在15 kV电压下将样品台倾斜至Bragg角（1.43°）,同时将SEM中心光标对准g（400）与g（220）所对应菊池线相交处。（2）根据实验测量对比了 ECCI、TEM、EPD、AFM这四种位错表征技术的特点,并分析了各自的测量精度和适用场景。提出了极浅深度表面ECCI、平面ECCI与截面ECCI相结合、平面ECCI与截面TEM相结合等测试方法,其中极浅深度表面ECCI测试有可能是满足测试精度要求且最简便易行的一种方法。（3）完成了 GaAs/Si刻槽台面样品的表征工作,根据XRD、PL、ECCI、AFM测量得出台面外延生长样品的基本情况。实测结果表明:随着台面线度从10μm增大至500μm,台面上的穿透位错密度呈现出先增大后保持稳定的趋势。其中10 μm台面线度的位错密度(6.7×107 cm-2)比50 ×m台面线度的位错密度(9.2×107 cm-2)约低27%。这一工作为后续通过考察穿透位错密度与台面线度的相关性改进和优化异变外延工艺打下了基础。
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