[发明专利]一种生长氮化镓薄膜的降低位错密度的方法及系统

权利要求书

1.一种生长氮化镓薄膜的降低位错密度的方法，其特征在于，包括：

S1:先建立含位错的氮化镓薄膜晶体的面的图形衬底模型，然后沿所述氮化镓薄膜晶体的面切割半原子面，切割到氮化镓晶面时即可形成两种类型位错；

S2:根据爬坡弹性带理论，计算所述图形衬底模型的表面所有原子的扩散活化能；

S3:将步骤S2中计算的活化能数据储存在活化能数据库中，并引进矩阵表征局部晶格结构对活化能的影响；

S4:根据过渡状态理论，通过所述活化能数据库，运用所述矩阵计算表面原子运动的传输速率，将所述传输速率作为输入条件，通过动力学蒙特卡洛方法模拟不同温度、不同压强及不同衬底类型条件下薄膜生长过程中位错的演化；

S5:根据步骤S4模拟出的位错动力学演化形态，计算位错密度，从而根据所述位错密度获得不同温度、不同压强及不同衬底类型下位错密度关系，进而得到优化的输入条件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含位错的氮化镓薄膜晶体的面的图形衬底模型，上层为真空层，下层为氮化镓层，所述氮化镓层中的氮化镓厚度为实际生长过程中的每层厚度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述氮化镓薄膜晶体的面为生长氮化镓薄膜的沉积方向，且在切割半原子面时，由于切割氮-镓的面不同，会形成滑移型和拖拽型两种刃型位错。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S2包括：

对所构建的所述图形衬底模型增加表面吸附原子、空位原子、台阶结构及扭折结构，基于爬坡弹性带理论，通过LAMMPS软件计算表面吸附原子的第一邻近扩散活化能、第二邻近扩散活化能、表面原子的空位扩散活化能和位错原子的扩散活化能。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，步骤S3包括：

记录步骤S2中的扩散类型和各类型对应的扩散活化能，引进矩阵将扩散类型根据局部晶格结构进行划分。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S4包括：

S4.1：通过步骤S3计算出的活化能，计算不同扩散类型的传输速率，将所述传输速率作为动力学蒙特卡洛的输入条件，将氮化镓薄膜沉积过程中的气相原子及位错原子的运动方向通过相应的传输速率大小决定；

S4.2：以不同温度、不同压强及不同衬底类型作为输入参数，模拟出所述输入参数下氮化镓薄膜表面形态的演变以及位错原子的演化，输出所有原子的原子坐标和原子类型。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S5包括：

绘制步骤S4中输出的原子坐标及原子类型，得到薄膜形态的可视化图形，计算位错线弯曲后湮灭的条数，从而统计出不同温度、不同压力和不同衬底类型下的位错密度。

8.一种生长氮化镓薄膜的降低位错密度的系统，其特征在于，包括：

模型构建单元，用于先建立含位错的氮化镓薄膜晶体的面的图形衬底模型，然后沿所述氮化镓薄膜晶体的面切割半原子面，切割到氮化镓晶面时即可形成两种类型位错；

计算单元，用于根据爬坡弹性带理论，计算所述图形衬底模型的表面所有原子的扩散活化能；

划分单元，用于将所述计算单元计算的活化能数据储存在活化能数据库中，并引进矩阵表征局部晶格结构对活化能的影响；

模拟单元，用于根据过渡状态理论，通过所述活化能数据库，运用所述矩阵计算表面原子运动的传输速率，将所述传输速率作为输入条件，通过动力学蒙特卡洛方法模拟不同温度、不同压强及不同衬底类型条件下薄膜生长过程中位错的演化；

优化单元，用于根据所述模拟单元模拟出的位错动力学演化形态，计算位错密度，从而根据所述位错密度获得不同温度、不同压强及不同衬底类型下位错密度关系，进而得到优化的输入条件。