当前位置：文档之家 › r面蓝宝石衬底上采用两步AlN缓冲层法外延生长a面GaN薄膜及应力研究

r面蓝宝石衬底上采用两步AlN缓冲层法外延生长a面GaN薄膜及应力研究

  • 格式：pdf
  • 大小：802.98 KB
  • 文档页数：6

下载文档原格式

  / 6

合集下载

AlN上生长的GaN研究

AlN上生长的GaN研究

AlN/蓝宝石模板上生长的GaN研究*汪莱**，王磊，任凡，赵维，王嘉星，胡健楠，张辰，郝智彪，罗毅（集成光电子学国家重点实验室/ 清华信息科学与技术国家实验室，清华大学电子工程系，北京100084）摘要：本文研究了在分子束外延制备的AlN/蓝宝石模板上采用金属有机物化学气相外延生长的非故意掺杂GaN的材料性质。

采用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和原子力显微镜研究了AlN模板的晶体质量和表面相貌对GaN的影响。

结果表明，当AlN的表面粗糙度较小时，尽管AlN模板的位错密度较高（（102）面XRD ω扫描半高全宽900～1500 arcsec），但生长得到的GaN依然具有和在蓝宝石衬底上采用“二步法”生长的GaN可比拟的晶体质量（（002）面X RD ω扫描半高全宽200～300 arcsec，（102）面400～500 arcsec）和表面粗糙度（0.1～0.2 nm）。

TEM照片表明GaN中位错密度降低的原因是AlN中的一部分位错在AlN和GaN的界面处被终止而未能延伸至GaN中。

这可能是因为Ga原子尺寸较大，具有修复晶格缺陷的作用。

而当AlN的表面粗糙度较大时，Ga原子在MOVPE生长过程中的迁移受到影响，得到的GaN晶体质量非常差。

此外，采用范德堡法测量的GaN电阻率为105~106Ω·cm，比蓝宝石衬底上生长的GaN高大约6个数量级，这被认为是采用AlN代替GaN低温缓冲层所致。

关键词：氮化镓；氮化铝；金属有机物化学气相外延PACC：6855；7280E；7360L*国家自然科学基金(批准号：60536020，60723002)，国家重点基础研究发展计划(973)(批准号：2006CB302800, 2006CB921106)，北京市科学技术委员会重点项目(批准号：D0404003040321)资助的课题.** E-mail: wanglai@1.引言近年来，GaN基材料因其在蓝光发光器件和大功率电子器件上的应用而引起了广泛的研究兴趣[1-3]。

一种新型蓝宝石上生长GaN外延层方法及GaN外延层[发明专利]

一种新型蓝宝石上生长GaN外延层方法及GaN外延层[发明专利]

专利名称：一种新型蓝宝石上生长GaN外延层方法及GaN外延层
专利类型：发明专利
发明人：刘双韬,赵德刚,朱建军,杨静,江德生,刘宗顺
申请号：CN201911402230.X
申请日：20191230
公开号：CN111081834A
公开日：
20200428
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种蓝宝石上生长GaN外延层方法及GaN外延层，其中，该方法包括：对蓝宝石衬底进行高温成核处理，在蓝宝石衬底上形成GaN成核中心；在所述含有GaN成核中心的蓝宝石衬底上生长缓冲层；对所述缓冲层进行升温退火，形成具有成核岛的缓冲层；在所述具有成核岛的缓冲层上生长GaN外延层，得到蓝宝石上的GaN外延层。

本发明通过利用在高温表面处理过程中通入高温成核源，使得在样品表面形成高温成核点，然后再生长低温缓冲层能够获得高质量的GaN外延层，其位错密度可远低于常规的两步法生长，并且使用该方法生长可以降低反应室残留对生长的影响。

申请人：中国科学院半导体研究所
地址：100083 北京市海淀区清华东路甲35号
国籍：CN
代理机构：中科专利商标代理有限责任公司
代理人：吴梦圆
更多信息请下载全文后查看。

蓝宝石衬底上GaN厚膜的应力研究

蓝宝石衬底上GaN厚膜的应力研究

蓝宝石衬底上GaN厚膜的应力研究
蓝宝石衬底上GaN厚膜的应力研究
李响
【摘要】采用有限元计算软件并结合多层膜理论，对蓝宝石衬底上氢化物气相外延（HVPE）生长氮化镓（GaN）厚膜的应力情况进行研究。

由于衬底和厚膜不同位置在高温生长后的降温过程中温度变化不同进而产生不同的热失配应变，将引起产生初始裂纹以及裂纹扩展现象。

针对上述过程，可以针对给定条件的生长体系，定性分析出GaN厚膜从裂纹产生到之后裂纹扩展的位置及方向。

得到的分析结果既能够很好的解释实验中遇到的现象，也能够对通过调节应力提高GaN厚膜生长质量提供理论指导。

【期刊名称】微处理机
【年(卷),期】2015(000)004
【总页数】4
【关键词】氮化镓（GaN）；应力；仿真；蓝宝石；薄膜；氢化物气相外延（HVPE）
1 引言
近年来，GaN材料由于应用广泛受到了越来越多的关注［1－2］。

首先GaN 基LED作为高效节能和绿色环保光源正在逐步取代荧光灯白炽灯等传统光源。

而且GaN材料具有较高的工作温度、高饱和电子漂移速率和高击穿场强等优越性能，使其成为发展高频、高功率和高温电子器件的优选材料体系。

然而由于自然界并不存在天然的GaN单晶，人工生长GaN体单晶又较困难成本也较高，现在绝大多数的GaN材料都是通过异质外延获得的。

蓝宝石是制备GaN 材料最早使用的衬底之一，也是目前生长GaN材料的主要衬底材料。

其优点。

在蓝宝石衬底上外延生长GaN薄膜的MOCVD工艺研究

在蓝宝石衬底上外延生长GaN薄膜的MOCVD工艺研究

摘要第三代半导体材料GaN由于具有优良性质使其在微电子和光电子领域有广阔的应用前景，目前制备GaN的方法主要有分子束（MBE）、氯化物气相外延（HVPE）、金属有机物化学气相沉积（MOCVD）。

本文介绍了MOCVD法在蓝宝石衬底上外延生长GaN材料并利用其无掩模横向外延生长GaN 薄膜与同样生长条件下，在未经腐蚀预处理的蓝宝石衬底上外延的GaN 薄膜进行对比测试[1]。

测试分析结果表明，经过腐蚀预处理的GaN 衍射峰的半峰宽及强度、表面平整度、腐蚀坑密度都明显优于未经腐蚀预处理的GaN 薄膜，使原有生长条件下GaN薄膜位错密度下降50%。

并且通过Hal l 测试、x 射线双晶衍射结果、室温PL 谱测试[2]成功地制备出GaN单晶薄膜材料, 取得了GaN 材料的初步测试结果。

测试研究发现增加缓冲层厚度、多缓冲层结构可以有效地降低位错密度、提高薄膜质量，其中通过中温插入层结构实验获得了质量最好的GaN 外延层[3]。

关键字：GaN MOCVD 蓝宝石衬底预处理缓冲层外延生长STUDY OF EPITAXIAL LATERAL OVERGROWTH OF GALLIUM NITRIDE ON SAPPHIRE BYMOCVDByHaiqing JiangSupervisor: Prof.Xianying DaiABSTRACTGallium-nitride-semiconductor offers good potential value for application in a wide range of optical display, optical recording and illumination due to its excellent quality. At present, molecular beam epitaxity (MBE), Chloride vapor phase epitaxy (HVPE) and metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) are used to prepare GaN.This text introduces overgrowth of Gallium-nitride on sapphire by MOCVD and compares the result with that on non-corrode sapphire. The results proved that thinner full-width at half- maximum(FWHM)，higher intensity value of X-ray diffraction，smoother surface and lower density value of the etching pit were received using patterned substrate, which made sure that under the same growth process the density of the dislocations decreased 50%.After that, it also uses Hall Test, X-ray macle diffraction Test, and PL Spectrum Test under room temperature to check the GaN thin-film material. The results showed that multi-buffer-layer structure could decrease the density of the dislocations and improve the quality of the crystal structure. The GaN epilayer with Intermediate-Temperature insert layer had the best results of all the samples.KEY WORDS: GaN MOCVD surface pretreatment on sapphire substrate cushion epitaxial growth第一章绪论1.1GaN 材料的基本特性1.2现有的GaN 基化合物的制备技术1.3GaN 现有制备技术对比第二章 MOCVD 中影响成膜因素第三章蓝宝石衬底表面预处理3.1蓝宝石衬底与处理的原因3.2实验探究与结果分析第四章研究缓冲层结构及其改进4.1传统缓冲层及其局限4.2实验探究及其结果分析第五章GaN 薄膜的生长研究5.1GaN材料的生长5.2生长的GaN 材料的测试结果第六章结论致谢参考文献第一章绪论1.1GaN 材料的基本特性GaN 首先由Johnson 等人合成，合成反应发生在加热的Ga 和NH3 之间，600~900℃的温度范围，可生成白色、灰色或棕色粉末(是含有O 或未反应的Ga 所致)[4]。

不同种类蓝宝石衬底上AlGaN-GaN异质结构的外延生长及特性研究

不同种类蓝宝石衬底上AlGaN-GaN异质结构的外延生长及特性研究

不同种类蓝宝石衬底上AlGaN-GaN异质结构的外延生长及特性研究近年来，GaN（氮化镓）材料因其在光电器件领域中的广泛应用，引起了科学家们的极大关注。

GaN材料具有优异的物理性能，包括宽禁带宽度、高热稳定性、高饱和电子迁移率等特点，因此被广泛用于高功率、高频率和高温电子器件中。

然而，GaN材料的外延生长工艺一直是研究者关注的重点之一。

外延生长是将一种材料沉积在另一种晶体衬底上，以形成具有特定晶体结构和性能的材料薄膜。

在GaN材料的外延生长中，选择合适的衬底对薄膜质量具有重要影响。

本文首先简要介绍了GaN材料及其在光电器件中的应用。

然后，介绍了蓝宝石衬底作为常用的外延衬底之一，以及其在GaN材料外延生长中所面临的问题。

由于蓝宝石衬底晶格参数与GaN材料的不匹配，导致了晶格缺陷的产生。

这些缺陷会显著影响GaN材料的光学、电学和热学性能。

针对这个问题，科学家们开始研究其他材料衬底，以寻找更好的替代品。

在这些研究中，AlGaN/GaN异质结构引起了广泛关注。

这种结构是通过在GaN材料上生长一层AlGaN 来实现的。

AlGaN/GaN异质结构可以抑制晶格缺陷的形成，提升材料质量。

实验中，研究人员利用金属有机化学气相外延（MOCVD）技术在不同种类的蓝宝石衬底上生长AlGaN/GaN异质结构。

然后，通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等表征手段，对外延薄膜的形貌和结晶质量进行了分析。

实验结果表明，在不同种类的蓝宝石衬底上，成功生长了高质量的AlGaN/GaN异质结构。

准均匀的薄膜表面和良好的结晶性能表明，选择适当的外延衬底对于提升GaN材料质量具有重要作用。

此外，通过使用适当的外延条件，可以进一步改善异质结构的质量。

除了形貌和结晶性能的研究，研究人员还对不同衬底生长的AlGaN/GaN异质结构进行了电学性能表征。

通过测量薄膜的电阻率和载流子浓度等参数，可以评估材料的电学性能。

实验结果表明，选用不同种类的蓝宝石衬底对AlGaN/GaN异质结构的电学性能有一定影响。

蓝宝石衬底上高质量AlN材料生长研究

蓝宝石衬底上高质量AlN材料生长研究

华中科技大学硕士学位论文蓝宝石衬底上高质量AlN材料生长研究姓名：冯超申请学位级别：硕士专业：光学工程指导教师：陈长清2011-01-04华中科技大学硕士学位论文摘 要Ⅲ族氮化物以其优异的特性得到广泛关注，AlGaN体系材料对应发光波长在210-340nm，适合可应用于白光照明、生化检测、消毒净化等领域的紫外发光器件，成为目前研究的热点。

而AlGaN材料，由于体单晶的缺失，一般采用AlN作为生长模板。

因此，要得到适用制作器件的高质量AlGaN材料，制备高质量AlN材料成为必须要首先解决的难题。

AlN薄膜异质外延，常采用SiC、Si或蓝宝石作为衬底材料。

而AlN与这些材料不匹配，晶体质量很差。

本文围绕高质量AlN材料的生长展开，采用两步法生长，主要研究缓冲层生长参数对外延层的影响。

首先详细阐述MOCVD生长原理，本实验所用的表征设备HR-XRD、AFM等及数据处理方法。

根据AlN材料的特性，分析衬底选择、表面预处理、反应腔压力、V/III比等对AlN生长影响，确定相关生长参数。

然后探讨缓冲层生长温度对外延层结晶质量和表面形貌的影响。

在600℃~870℃区间内选取不同温度生长6个样品，而保持其他生长参数不变。

用透射谱、AFM、HR-XRD等检测，发现在690℃~780℃时表面出现原子级台阶，尤其在780℃，晶体质量比较好。

温度较低，位错密度大；温度较高，表面粗糙，出现许多小坑。

进一步改变缓冲层生长时间，来研究缓冲层厚度的作用。

生长3个样品，生长时间为4.4分钟时，样品(0002)面FWHM为116arcsec，(1012)面FWHM为1471arcsec，并且表面出现原子级台阶。

而外延层较薄较厚，表面均未出现台阶，晶体质量和表面形貌均很差。

根据这两组实验结果，分析缓冲层对外延层的作用机理。

最后在前面实验较好的生长模板上，采用连续方式生长一层高温AlN。

通过两组实验，在不同生长温度下，改变TMAl和NH3流量、V/III比等来初步探讨连续生长方式对AlN质量的影响。

40 面蓝宝石生长的_11_0_a面氮化镓研究

收稿日期 : 2008 09 06 基金项目 : 国家自然科学基金重点项目资助 ( 60736033) ; 973 计划项目资助 ( 513270407) 作者简介 : 许晟瑞 ( 1981 ) , 男 , 西安电子科技大学博士研究生 , E mai l: s hen gruixidian@ 126. com.
第6期
许晟瑞等 : ( 1102) r 面 蓝宝石生长的 ( 1120 ) a 面氮化镓研究
1051
图 2 极性面和非极 性面 A FM 表面形貌比 较
根粗糙度为 1 3 nm, 两种材料的表面平整度相差较大, 这也是 a 面 GaN 材料的一个国际性问题 , 很多人采用 ELOG 的方法进行生长 [ 11 13] .
作为化合物半导体微波功率器件的 GaAs M ESFET , 在过去 20 多年的发展中几乎已经使其性能达到了 材料的极限 . 20 世纪 80 年代初 GaA s M ESFET 的最高输出功率已达到 1 4 W/ mm ( 在 8 GH z时 ) . 虽然后来 人们不断尝试各种方法提高其性能, 但是功率密度的提高非常有限 , 最高功率密度只达到 1 57 W/ m m ( 在 1 1 GH z时) , 而且这是在牺牲工作频率的情况下获得的 . 宽带隙氮化物半导体氮化镓( GaN) 和氮化铝 ( A lN ) 在实验和理论上得到普遍的重视 , 它们具有独特的 性质 , 如高电子迁移率、 宽能隙和稳定的温度特性 , 使它们可用于工作波段从蓝光到紫光的激光器、 发光二极 管以及高温光电器件 , 有着巨大潜在的应用前景和市场. 而低维半导体材料制备技术分子束外延 ( M BE ) 及
Study of ( 1120) non polar a plane GaN on the ( 1102) r plane sapphire

基于蓝宝石衬底的AlN薄膜及制备方法[发明专利]

专利名称：基于蓝宝石衬底的AlN薄膜及制备方法专利类型：发明专利
发明人：谭波,张骏,张毅,胡加辉,陈长清,戴江南
申请号：CN201811625620.9
申请日：20181228
公开号：CN109727847A
公开日：
20190507
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于蓝宝石衬底的AlN薄膜及制备方法，所述基于蓝宝石衬底的AlN薄膜制备方法为：采用物理气相沉积法于蓝宝石衬底表面沉积30nm厚的AlN缓冲层；采用金属有机化学气相沉积法于所述AlN缓冲层表面沉积50nm厚的AlN插入层；采用金属有机化学气相沉积法于所述AlN插入层表面沉积1.5μm厚的AlN外延层。

本发明有效降低了AlN外延层的位错缺陷密度，改善了表面品平整度，并有效减少了AlN薄膜的表面裂纹。

申请人：华中科技大学鄂州工业技术研究院,华中科技大学
地址：436044 湖北省鄂州市梧桐湖新区凤凰大道特一号
国籍：CN
代理机构：武汉智嘉联合知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：黄君军
更多信息请下载全文后查看。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

底上外延 生 长 犪 面 （ 其中 犌 ， １ １ ２ ０） 犌 犪 犖 薄 膜， 犪 犃 犾 和犖 源分别为三甲基镓（ 、三 甲 基 铝 犜犕犌 犪） （ ） 和氨气 （ ） 在 外 延 材 料 生 长 前， 首先在 犜犕犃 犾 犖犎 ． ３ 氢气 氛 围 中 把 蓝 宝 石 衬 底 加 热 到 １ １ ５ ０℃ 处 理 以便去除 衬 底表面 的杂 质 ． 在外 延生 长过程 １ ０ 犿 犻 狀， 中， 首先在 ８ ０ ０℃ 生长 ４ ０ 狀 犿 厚的低温 犃 犾 犖 缓 冲层 ， 然后 把 生 长 温 度 升 高 到 １ 再生长４ ０ ８ ０℃ ， ０ ０ 狀 犿厚 的高温 犃 最后在此温度下生长约 １ 犾 犖 缓冲层 ， ５ 犿 μ 厚的 犪 面 犌 ， 的生长速率 为 ／ 具体 犪 犖犌 犪 犖 ２ ０ 犿 犺． μ 的生长结构如图 １ 所示 ． 高分辨 犡 射 线 衍 射 （ 技术是一种无 犎犚犡犚犇） 我们采用英国 犅 损伤的研 究 材 料 结 构 的 方 法 ． 犲 犱 犲 公司生产的 犇 型 多 功 能 高 分 辨 射 线 衍 射 仪 （ 三 １ 犡 晶轴配置 ） 进行 ω ／ 非对称扫描以及对称衍 ２ θ 对 称、 的测试方式进行 射的 倒 空 间 犕 犪 犻 狀 犚 犛 犕） 狆 狆 犵衍射（ 了 ４ 种不同的扫描测量 ： （ ） 对样品的 （ 对 称衍 １ １ １ ２ ０） 射面进行双轴 的ω 扫 描 和 倒 空 间 ２ 犕 犪 犻 狀 θ 狆 狆 犵衍射 （ 的测试 ； （ 衍射面进行ω 犚 犛 犕） ２）对 样 品 的 （ １ １ ２ ０） 双晶摇摆曲线扫 描 ； （ ） 对 样 品 的 （ ， （ 和 ３ １ ０ １ ０） １ ０ １ １） ） 面进行 转动扫描 ； （ ） 对 样品 蓝宝石衬底的 （ ０ ０ ０ ６ ４ 的（ ） ， （ ） 和 （ ） 面 进 行 三 晶 轴 高 分辨 １ １ ２ ０ １ １ ２ ２ １ ０ １ ０ 单色 器 采 用 ４ 次 反 射 的 斜 切 犛 （ 晶 ２ 犻 ２ ２ ０） ω θ扫描 ． 体 组 合 ，经 单 色 器 出 射 后 的 犆 波 长 为 狌 犓 １ α 高分辨ω ／ ０ １ ５ ４ ０ ５ ６ 狀 犿， ２ θ扫描曲线的分辨率为 分析晶体为 ２ 次反射的斜切 犛 （ 晶体． ０ ０ ０ ０ １ ° ． 犻 ２ ２ ０） 采 用法国犑 狅 犫 犻 狀 犢 狏 狅 狀犜 ６ ４ ０ ０型 犚 犪 犿 犪 狀 光谱仪对样 品进行 犚 光谱测量 ， 激发光为 犪 犿 犪 狀 犞 犲 狉 犱 犻 ２ 型 激光 器的 ５ ３ ２ 狀 犿 谱线 ． ５ ３ ２ 狀 犿 谱线激发下光谱的分辨率 －１ 为０ 左右 ５ 犮 犿 ．
第２ ８卷 第１ ０期 ２ ０ ０ ７年１ ０月
半 导 体 学 报
犆犎 犐 犖 犈 犛 犈犑 犗犝犚犖犃 犔犗 犉犛 犈犕 犐 犆 犗犖犇犝犆 犜 犗犚 犛
犞 狅 犾 ． ２ ８ 犖 狅 ． １ ０ ， ２ ０ ０ ７ 犗 犮 狋 ．
狉 面蓝宝石衬底上采用两步 犃 犾 犖 缓冲层法外延生长 犪面 犌 犪 犖 薄膜及应力研究
目前普遍采用的用于制备非极性 极化效应的影响 ． 基材 料 的 技 术 途 径 有 两 种： （ 犌 犪 犖 １）在 γ 犔 犻 犃 犾 犗 ２ 的 衬 底 上 利 用 犕犅 犈 技术生长（ １１ ０ ０）犿 面 ［ ］ １ １， １ ２ ； （ 蓝宝石衬底上用 犌 犪 犖 ２） 在 狉 面 （ １ １ ０ ２） ， 和 技 术 生 长 犪 面（ 犕犅 犈 犕犗 犆 犞犇 犎犞 犘 犈 １ １ ２ ０） ［ １ ３～１ ６］ 与γ 犌 犪 犖 材料 ． 犔 犻 犃 犾 犗 狉 面蓝宝石因其 ２ 相比 ， 在高温下稳定 ， 且在其上生长的 犌 犪 犖 材料背底掺杂 是一种更有前途的衬底材料 ， 因此 狉 浓度低等原因 ， 面蓝宝石上生长犪 面 犌 犪 犖 成为这一领域的研究热 ［４， ］ ［５ ］ １ ７～１ ９ 点． 通常 ， 人们利用低温 犌 或高温 犃 犪 犖１ 犾 犖１ 作为缓冲层 ， 在 狉 面 蓝 宝 石 上 生 长犪 面 犌 犪 犖 薄 膜． 但得到的材 料 质 量 与 生 长 在 犮 面 蓝 宝 石 上 的犮 面 还相 差 很 远 ， 还不能满足高性能器件对 犌 犪 犖 相比 ， 材料质量的要求 ． 所以 ， 生长高质量的 犪 面 犌 犪 犖仍 是当前的研究重点 ． 本文的目的 就 在 于 通 过 引 入 两 步 犃 犾 犖 缓冲层 的方法 ， 提 高 在 狉 面 蓝 宝 石 上 生 长犪 面 犌 犪 犖 的质 同时通过研究 犪 面 犌 外 延 膜 中 的 应 力 ， 进一 量， 犪 犖 步改进材料的质量 ．
第１ ０期
颜建锋等 ： 犾 犖 缓冲层法外延生长 犪 面 犌 犪 犖 薄膜及应力研究 狉 面蓝宝石衬底上采用两步 犃
犪面犌 犪 犖 外延层 １ ５ ０ ０ 狀 犿 高温 犃 犾 犖 缓冲层 ４ ０ ０ 狀 犿
低温 犃 犾 犖 缓冲层 ４ ０ 狀 犿
１ ５ ６ ３
狉 面狊 犪 犺 犻 狉 犲衬底 狆 狆
图 １ 利用两步 犃 犾 犖 缓冲层技 术 生 长 的 犪 面 犌 犪 犖 外延膜的结 构示意图
犉 犻 ． １ 犛 犮 犺 犲 犿 犪 狋 犻 犮 狊 狋 狉 狌 犮 狋 狌 狉 犲狅 犳犪 犾 犪 狀 犲犌 犪 犖犳 犻 犾 犿犵 狉 狅 狑 狀 犵 狆 犫 狋 狑 狅 狊 狋 犲 犃 犾 犖犫 狌 犳 犳 犲 狉 狔 狆
颜建锋 张 洁 郭丽伟 朱学亮 彭铭曾 贾海强 陈 弘 周均铭
（ 中国科学院物理研究所 ， 北京凝聚态物理国家实验室 ， 北京 １ ） ０ ０ ０ ８ ０
摘要 ： 采用 犕犗 利用高分辨 犡 犆犞犇 技术在 狉 面蓝宝石衬底上采用两步 犃 犾 犖 缓冲层法外延制备了 犪 面 犌 犪 犖 薄膜 ． 射线衍射技术和 犚 实验结果表明： 样品的（ ） 面的 犪 犿 犪 狀 散射技术分析了样品的质量以及外延膜 中 的 残 余 应 力 ． １ １ ２ ０ ， 这些说明 犪 面 犌 犡 射线双晶摇摆曲线的半 峰 宽 仅 为 ０ １ ９ ３ ° 犚 犪 犿 犪 狀 光 谱 中 犈２ 高 频 模 的 半 峰 宽 仅 为 ３ ９ 犮 犿－１ ， 犪 犖 薄膜具有较好的晶体质量 ； ［ ［ 犡 射线研究结果表 明 样 品 与 衬 底 的 位 相 关 系 为 ： １ １ ２ ０］ １ １ ０ ２］ ０ ０ ０ １］ 犌 犪 犖‖［ 狊 犪 犺 犻 狉 犲， 犌 犪 犖‖ 狆 狆 ［ ］ 和 ［ ］ ［ ］ ； 高分辨 射线 和 散 射 谱 的 残 余 应 力 研 究 表 明 ， 采 用 两 步 缓 冲 １ １ ０ １ １ １ ０ ０ １ １ ２ ０ 犡 犚 犪 犿 犪 狀 犃 犾 犖 ‖ 狊 犪 犺 犻 狉 犲 犌 犪 犖 狊 犪 犺 犻 狉 犲 狆 狆 狆 狆 我们认 层法制备的 犪 面 犌 犪 犖 薄膜在平面内的残余应力大小与 用 低 温 犌 犪 犖 缓冲层法制备的 犪 面 犌 犪 犖 薄 膜 不 同， 为这是由引入 犃 犾 犖 带来的晶格失配和热失配的变化引起的 ． 关键词 ：犌 犪 犖； 非极性 ；犡 射线衍射 ；犚 犪 犿 犪 狀 谱 ； 残余应力 犘 犃 犆 犆：７ ２ ８ ０ 犈；６ ８ ５ ５；７ ８ ３ ０ 中图分类号 ：犜 （ ） 犖 ３ ０ ４ ２＋３ 文献标识码 ：犃 文章编号 ：０ ２ ５ ３ ４ １ ７ ７ ２ ０ ０ ７ １ ０ １ ５ ６ ２ ０ ６
中为 犪 面 犌 ） 面的倒空 间 犕 犪 犖 薄膜 （ １ １ ２ ０ 犪 犻 狀 狆 狆 犵衍 射图 ， 图中仅观察 到 犌 面、 面、 犪 犖（ １ １ ２ ０） 犃 犾 犖（ １ １ ２ ０） 蓝宝 石 衬 底 的 （ ） 面 衍 射 峰 ， 更 进 一 步 证 明 了 我 １ １ ０ ２ 们获得的外延薄膜是沿着 犌 ］ 单一取向的 ． 犪 犖［ １ １ ２ ０ 我们通过 对 称 面 的ω 扫 描 得 到 样品和衬底 ２ θ 的晶向排列关系为 ［ 下面我 １ １ ２ ０］ １ １ ０ ２］ 犌 犪 犖‖［ 狊 犪 犺 犻 狉 犲． 狆 狆 们将通过非对称面的衍射峰来确定样品与衬底在生 长面内的晶向排列关系 ． 分别将衍射面调到 犌 犪 犖的 （ ） ， （ ） 和蓝宝石的 （ ） 面后 ， 进行 １ ０ １ ０ １ ０ １ １ ０ ０ ０ ６ 转动 扫描曲线如图 ３ 所示 ． 扫描 ， 通过分析样品 与 衬 底 衍 射 点 的 角 位 置 关 系 ， 可以确定样品与衬底在生长方向平面内的晶向关系 为 ：［ ０ ０ ０ １］ １１ ０ １］ １１ ０ ０］ 犌 犪 犖 ‖ ［ 狊 犪 犺 犻 狉 犲 和 ［ 犌 犪 犖 ‖ 狆 狆 ［ ］ 具体的位相关系如图 ４ 所示 ． 这 个结果 １ １ ２ ０ 狊 犪 犺 犻 狉 犲， 狆 狆 与文献中利用低 温 犌 犪 犖 作为缓冲层生长获得的 犪 ［ ］ １ ４， ２ ０ 面犌 与衬底之间的晶向排列关系是一致的 ， 犪 犖
１ 引言
近年 来 ， Ⅲ族氮化物在光电子和微电子领域都 １～３］ 由于难以获得体材料 ， 使得 取得了很大的进展 ［ ． 族氮化物材料主 要 异 质 外 延 生 长 在 其 他 衬 底 上， Ⅲ 蓝宝石是最常用的衬底 ， 目前绝大多数的 犌 犪 犖 基发 光二极管 （ ） 和激光 器 （ ） 都 是 外 延 在 犔 犈 犇 犔 犇 犮 面蓝 宝石衬底上 ． 而在 犮 面蓝宝石上 得到 的犮 面 Ⅲ Ⅴ族 氮化物材料的结构 不 具 有 中 心 反 演 对 称 性 ， 并且Ⅲ 族元 素 的 原 子 和 犖 原 子 的 电 负 性 相 差 很 大 ， 导致 及其异 质 结 在 〈 〉 方 向 具 有 很 强 的 自 发极 犌 犪 犖 ０ ０ ０ １ 化和压电极化 ， 极化 效 应 的 存 在 对 材 料 特 性 和 器 件 的性能有重要的影响 ． 极化效 应在 Ⅲ Ⅴ 族氮化 物外 ［ ］ ４～６ 延层 中 产 生 较 高 强 度 的 内 建 电 场 ， 内建电场的 存在使能带弯曲 、 倾 斜， 能 级 位 置 发 生 变 化， 发光波 长发生红移 ； 同时由 界 面 电 荷 产 生 的 电 场 还 会 使 正 负载流子在空间上 分 离 ， 电子与空穴波函数的交迭 ４～９］ 变小 ， 使材料的发光效率大大的降低 ［ 为了减小 ． 极化电场对量子阱 发 光 效 率 的 影 响 ， 人们尝试通过 对犔 器件结构的 优 化 设 计 ， 调 节 材 料 的 应 力， 达 犈 犇 ［ １ ０］ 到减小极化 效 应 的 目 的 ． 然 而， 这些尝试对减小 极化效应的作用是 有 限 的 ， 避开极化效应的最根本 方法是生长非极性面的 犌 从而彻底消除 犪 犖 基材料 ，