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二次离子质谱仪（SIMS）具有高灵敏度、高分辨率等特点，是目前微电子科学领域一种不可替代的定量分析手段。用SIMS对半导体材料中微量元素进行深度剖析时，被溅射样品的表面形貌和结构会发生微观尺度的变化，进而影响测量精度。特别是对具有复杂多层结构的LED外延片而言，一次离子溅射引发的表面形貌变化更具有不确定性，迄今鲜有针对性研究。本文以南昌大学自主研发的硅衬底氮化镓基LED外延片为研究对象，利用法国CAMECA公司生产的双聚焦动态磁质谱仪结合原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）等分析手段，研究了经SIMS中Cs+离子束溅射后样品表面形貌变化规律及其对SIMS测试结果的影响，对相关形貌形成机理进行了分析，初步探索了SIMS溅射坑底表面形貌与外延片内部V型缺陷密度的相关性。这些研究为进一步解读和利用SIMS丰富的谱图信息提供了参考依据，获得了以下有新意的研究成果：1. SIMS中2keV的Cs+离子作为一次离子束轰击GaN外延片表面时，溅射坑底有纳米点结构形成，且这些纳米点的尺寸随着溅射深度的增加而增大，但密度变化规律则相反。经SEM和EDS分析，认为这些纳米点为金属Ga滴。2.结合GaN二元相图和晶体凝固的成核长大理论，认为溅射过程中一方面产生的表面温升使GaN发生热分解，另一方面N元素更易于被择优溅射，这两方面的作用使得Ga先形成液滴再聚集长大。3.探索了结合SIMS深度剖析曲线和溅射坑底形貌特征来表征GaN基外延片中V型缺陷密度的新方法。2keV能量的Cs+离子束轰击GaN外延片表面时，在对应坑底除了纳米点的形成，还有凹坑结构的产生。溅射坑底凹坑的形成与GaN外延片内部V型缺陷有关，可通过溅射坑表面凹坑密度间接表征GaN外延片中V型缺陷密度。4.比较了不同Cs+离子束轰击能量下坑底的形貌特征，发现对表面不含V缺陷的GaN基外延片，在15keV高能量离子束溅射后，坑底表面平整，无纳米点等特殊结构的形成，而对于表面具有V缺陷的GaN外延片，其溅射后坑底表面出现了纳米点结构。5.对大量实验数据的统计分析表明低轰击能量、小束流下，其坑底表面易变粗糙、溅射速率小且其二次离子产额较低，但有利于提高深度分辨率。而高轰击能量、大束流下，其坑底表面保持平整、溅射速率大且其二次离子产额较高，有利于降低元素分析的检测限。