1引言GaN材料的研究與應用是目前全球半導體研究的前沿和熱點，是研制微電子器件、光電子器件的新型半導體材料，并與SiC、金剛石等半導體材料一起，被譽為是繼第一代Ge、Si半導體材料、第二代GaAs、InP化合物半導體材料之后的第三代半導體材料。GaN是極穩(wěn)定的化合物，又是堅硬的高熔點材料，熔點約為1700℃，GaN具有高的電離度，在Ⅲ—Ⅴ族化合物中是最高的（0.5或0.43）。在大氣壓力下，GaN晶體一般是六方纖鋅礦結構。它在一個元胞中有4個原子，原子體積大約為GaAs的一半。因為其硬度高，又是一種良好的涂層保護材料。在室溫下，GaN不溶于水、酸和堿，而在熱的堿溶液中以非常緩慢的速度溶解。NaOH、H2SO4和H3PO4能較快地腐蝕質量差的GaN，可用于這些質量不高的GaN晶體的缺陷檢測。GaN在HCL或H2氣下，在高溫下呈現(xiàn)不穩(wěn)定特性，而在N2氣下最為穩(wěn)定。但是GaN材料仍然存在一些問題。如在用異質外延（以藍寶石和SiC作為襯底）技術生長出的GaN單晶，還不太令人滿意（這有礙于GaN器件的發(fā)展），例如位錯密度達到了108~1010/cm2（雖然藍寶石和SiC與GaN的晶體結構相似，但仍然有比較大的晶格失配和熱失配）；未摻雜GaN的室溫背景載流子（電子）濃度高達1017cm-3（可能與N空位、替位式Si、替位式O等有關），并呈現(xiàn)出n型導電；雖然容易實現(xiàn)n型摻雜（摻Si可得到電子濃度1015~1020/cm3、室溫遷移率＞300cm2/V.s的n型GaN），但p型摻雜水平太低（主要是摻Mg），所得空穴濃度只有1017~1018/cm3，遷移率＜10cm2/V.s，摻雜效率只有0.1%~1%。本文介紹的是藍寶石襯底上生長的氮化鎵基激光器的研制和發(fā)展概況以及近期研究熱點作扼要介紹。2材料特性及器件應用2.1材料特性GaN是目前為止所有Ⅲ-Ⅴ族氮化物中研究最多的材料，但與常用的Si和GaAs材料相比，對GaN的了解還是遠遠不夠的。過去較大的本底n型載流子濃度，缺乏合適的襯底材料，GaNp型摻雜的困難及加工困難使研究人員屢屢受挫。人們對GaN感興趣的一個主要原因是它作為藍光、紫光發(fā)射器件的應用潛力。正是由于這個原因，許多GaN的研究工作致力于測定GaN的光學特性。Muraska和Tietjian首先精確測出了GaN的直接帶隙為3.39eV。此后不久，Pankove報道了低溫GaNPL光譜。隨后，Dingle等人對高質量GaN進行了PL和陰極發(fā)光光譜測量，還有一些人進行了發(fā)射、反射和吸收測量。Kosicki等人報道了多晶GaN的光學吸收和真空反射率。通過光學泵浦在許多實驗中發(fā)現(xiàn)了GaN的受激發(fā)射。Dingle等人率先報道了GaN的激射情況。眾所周知，SiO2是半導體加工中常用的一種非常重要的介質材料，它還可用于GaN基激光二極管的制作。由于二氧化硅中氧對GaN光學質量的可能影響，目前有一種研究二氧化硅對GaN光學特性和電學特性影響的實際需求。最近X.C.Wang等人報道了對這一問題研究的初步結果。研究發(fā)現(xiàn)，SiO2可引起GaN外延層PL性能的明顯退化。二次離子質譜(SIMS)測量結果表明，SiO2層中的氧可能是GaNPL強度下降的真正原因。另外還發(fā)現(xiàn)快速熱退火（RTP）可以恢復和提高PL性能。2.2器件進展在成功地開發(fā)出藍光和綠光LED之后，科研人員開始將研究重點轉移到電注入GaN基藍光LD的開發(fā)方面。1996年，Nichia公司首先實現(xiàn)了室溫條件下電注入GaN基藍光LD的脈沖工作，隨后又在年底實現(xiàn)了室溫下的連續(xù)波工作。Nichia公司的成功以及藍光LD的巨大市場潛力致使許多大公司和科研機構紛紛加入到開發(fā)Ⅲ族氮化物藍光LD的行列之中，其中Nichia公司的GaN藍光LD在世界上居領先地位，其GaN藍光LD室溫下2mw連續(xù)工作的壽命已突破10000小時。揚目前制作G盾aN基激光劈器常用藍寶橫石、SiC籮和GaN襯誕底。藍寶石騰用作GaN堅基LD的襯桶底時存在腔合鏡制作和電僑極工藝方面慢的問題。S搏iC襯底可駝以滿足所有絞要求。現(xiàn)已乳成功地在S江iC襯底上膀生長出了高咸質量的Ga聯(lián)N基材料。與SiC上生斷長的InG雹aNLD倒的室溫脈沖腹工作和連續(xù)某波工作時有尸報道。按P屯型和n型電綿極分別制作座在芯片的頂旬部和底部的煩垂直導電結孝構InGa些NLD也執(zhí)已有報道。捧1998年祖三星SAI照T的研究人形員演示了氮凳化物藍光激窄光器室溫下駕的脈沖工作恒。三星的激獅光器結構是濤在藍寶石襯慌底上生長的半，但未用外健延橫向過生禮長。有源區(qū)呢包括一個I味nGaN/腰GaNMQ粱W,ALK各0.07漆Ga祥0.93戴N用作包層音。利用CA堪IBE向下笑刻蝕到n型釣GaN層制燒作出了10蜜umX80閥0um的條致帶。激光器勇端面是利用紫CAIBE打或解理形成戰(zhàn)，端面表面跑未鍍膜。在患1微秒脈寬釣、1KHz釀的工作電流繪條件下測量驅了激光器的音特性。在1服6.5V的璃工作電壓下旱測得的閾值爐電流為1.殊6A，對應誘于20.3谷KA/cm恥2修的閾值電流語密度。高于宴閾值電流時違，觀察到了吩一種強烈且你清晰的發(fā)射界模式，中心告波長為41堅8nm。桃1998年饅Shiji收Naka地mura等挎人在藍寶石鉤上橫向過生鴿長的GaN所上生長了I嫩nGaN多跌量子阱(M敢QW)結構宿激光二極管盟。在InG阻aN阱層為籃2時得到了騰1.2和2泊.8KA/刷cm繁2狠的最低閾值霞電流密度。另InGaN疊MQW影LD生長在躺去除藍寶石嫂后得到的獨菜立GaN襯斬底上。在溫及室連續(xù)波應歷用條件下，害待解理鏡面而的LD的輸桃出功率高達得30mW。管通過將脊波售導減小到2離um，觀察凝到了穩(wěn)定的充基橫模。在倡50C環(huán)境癥溫度、CW鏡應用條件下鞋，5mW恒頭定輸出功率視下的LD壽米命約為16暑0小時。紗富士通繼N間ichia脖Cree妻Rese木arch和盯索尼等公司乞之后，宣布傭研制成了I嘆nGaN藍張光激光器，蠟該激光器可妖在溫室下C顏W應用。激假光器結構是棗在SiC襯倡底上生長的雜，并且采用柱了垂直導電舒結構（p型呢和n型接觸抗分別制作在啄晶體片的頂念面和背面）惱。這是首次惠報道的垂直都器件結構的杜CW藍光激白光器，激光屆器機構見圖嗎2.富士通么研制的激光潮器是利用L僻P-MOV汗PE在6H甚-SiC襯嬌底上生長的捷。晶體磨薄蒜到大約10曬0nm和形兔成接觸后，且解理晶片形晃成500n究m的長腔。潔條帶方向是鼻[1100表]，具有高敬反射率鍍膜太的解理面為蘆（1100劃）。激光器要芯片p側朝課上安裝在管企芯上。在2鬼5C脈沖應衡用（300蛋ns,1K愉Hz）下，泊閾值電流和歡閾值電壓分艦別是84m狼A和12.四0V，相當楚于506K往A/cm渣2緩的閾值電流臭密度，這是混SiC上I慚nGaN激鹽光器的最低婚值。在CW逢條件下，閾場值電流和閾臂值電壓分別榆為115m收A和10.砍5V。峰值抖波長為40撞8.2nm贏。器件可在收高達40C樓下工作。且齊前各大公司判的GaN基逆藍光LD的強研究水平見牌表1。紙表1各流大公司Ga戲N基藍光L惱D的研究水紫平匯總凈1998年主10月，R筑eiko項Soeji墾ma等人曾驟報道了Si史C上制作的價垂直傳導結書構的InG嶄aNMQ今WLD在悟250K下投的連續(xù)波工象作。其閾值批電流、閾值雙電壓和閾值掏電流密度分畢別為380趕mA、12悠.6V和1徑2KA/c核m團2肥。這些結果灑表明SiC約襯底上的I遇nGaN激死光器前途光敏明。惡Nichi節(jié)a公司的S扇huji容Nakam毀ura最近弱還研制成功宋了大功率長鍵壽命的In泉GaNM喬QW結構L派D，在這種期激光器中采繩用了調制摻算雜應變層超纖晶格(MD慎-SLS)禁和外延橫向鋪過生長Ga候N（EL-臘OG）襯底艱，見圖3.頃ALGaN無/GaN調渣制摻雜應變呆層超晶格用風作包層，替薪代了較厚的剪ALGaN泛層，其厚度與在臨界范圍袖內，其目的么是防止AL歐GaN用于茄減少GaN斤層中的線位棚錯的數目。依在這種激光錫器中Shu腹jiNa酬kamur魄a采用了E城LOG襯底趣，這是因為仗當利用拉寶蛙石襯底時，隆難于得到用句于常規(guī)LD戲腔的解理鏡萍面，并且藍爹寶石的熱導石率（0.5豆W/cn.政K）也不如竄GaN（1凳.3W/c匆m.K）高灑，不利于散物掉LD產生尼的熱。利用皺自動功率控愈制器將每面丙功率控制為舞5mW的穩(wěn)嘗定輸出功率舒，在溫室下熊對CW工作深的LD進行手了壽命測試薯。在工作1旅00小時以慢后，隨著工召作時間的增慮加，工作電郊流幾乎仍保輪持不變。在男工作290挑小時以后L姨D仍能繼續(xù)婦正常工作。果根據退化速推度可以預計蓬出LD的壽策命。退化速壞度定義為d趴I/dt(骨mA/10瞎0h)，式白中I為LD佳的工作電流義，t是工作姐時間。利用青這一退化速攀度得到工作鐘電流增加到低LD初始工飲作電流的2職倍時的預計周壽命，這種旅激光器的預蠢計壽命大約奶為1000落0小時左右允，這種LD須在RT、C慨W下的典型屋L-I和V銜-I特性如夜圖4所示。膏另外Shu玩jiNa尼kamur鎮(zhèn)a等人還在推藍寶石襯底頭上的ELO動G上生長了歲InGaN頃多量子阱結積構LD，在蒸RT-CW面工作條件下譜，這種具有幕理解鏡面的集LD每面輸牙出功率高達因420mW葛。在高達1請00mW的擔輸出功率下賞觀測到了基冷橫模。在5絡0C的環(huán)境嬌溫度和30貿mW的穩(wěn)定矮輸出功率下柿，LD的C帽W工作壽命億大于160延小時。溫度魯變化引起的析波長漂移預槽計為0.0煎6nm/K槽，遠遠小于忙ALInG父aPLD換的0.3n仔m/K的波涌長漂移值。鎖這些長壽命為、大功率、架高可靠激光串器的實現(xiàn)為慧GaN基激遷光器的商品錦化鋪平了道捏路。胖2.3附關鍵技術饒目前今Ⅲ杠-醋Ⅴ喪族氮化物激去光二極管的鹽主要問題包始括；p型摻復雜，減小位犧錯密度，合六適的激發(fā)結婆構，解理面蹦、反射鏡的蘇制備，新工淋藝，歐姆接云觸，襯底和早外延生長。峽只有解決了類上述問題之湊后才有可能劣真正實現(xiàn)長糠壽命、高可翠靠的器件。博現(xiàn)僅就材料飄生長、襯底紐選擇、歐姆什接觸和干法呢刻蝕做一簡蹤單介紹。緊撲遵材料生長翅高質量的G脊aN材料是結研究開發(fā)成Ⅲ搶族氮化物發(fā)葡光器件和電蔽子器件以及膊保證器件性兔能和可靠性批的前提條件臺。目前Ga腳N的異質外軟延生長主要膜采用MOV扇PE、MB沖E和HVP畏E等外延技煎術。HVP恒E以GaC霸l蹄3融為Ga源，輩NH煉3義為N源，可檢以在100評0C左右在言藍寶石襯底窩上快速生長義質量較好的雞GaN材料撞。其缺點是桌很難精確控賠制膜的厚度螞。HVPE端主要用于改督進MOVP暢E生長的L狗ED結構以飯?zhí)岣吖庑士剩蚋倪MM刊BE生長的竄LD結構，爛使其具有較纏低的串連阻和較好的夸解理。晝MBE技術祖直接以Ga僚或Al的分夜子束作為畜Ⅲ群族源，以N或H炭3守作N源，在海襯底表面生骨成校Ⅲ沸族氮化物。煉采用MBE德生長GaN廈及異質結構姐材料的優(yōu)點走一是低溫生跨長，一般在閱700C左南右，從而避峽免了擴散問號題；二是生毛長后無需進牧行熱處理。碎為了進一步私提高晶體質銜量，正在研什究以等離子旦體輔助增強慨技術激發(fā)N施2映,替代NH族3者做N源。璃MBE生長般Ⅲ暗族氮化物的欠速度較慢，衡可以精確控乒制膜厚，但針對于外延層瓶較厚的器件毒如LED和采LD來說，丟生長時間過劈長，不能滿跟足大規(guī)模生界產的要求。亭MOVPE幟技術以摘Ⅲ艦族金屬有機令物為道Ⅲ睛族源，以N胡H眉3岔為N源，營在高溫下進錦行倆Ⅲ旋族氮化物的滑生長，MO代VPE的生霧長速率適中蓋，可以精確徑控制膜厚，淺特別適合于城LED和L阿D的大規(guī)模輩生產。MO共VPE技術儉是目前使用著最多，材料灶和器件質量味最高的生長渾方法。蘭倍乎襯底的選擇愈影響GaN正研究的主要湊困難之一就提是缺乏于G隨aN晶格匹鴨配且熱兼容禾的合適的襯蕉底材料。盡短管人們已經賠認識到缺乏就本體襯底是培氮化物研究歷的主要障礙君，然而因為貞本體生長被遺認為是勞而勁無功的事情碧，所以從事進這方面研究紛的人員很少早。該領域的至工作人員主摟要研究的是專在許多不同詠襯底上的異旗質外延生長津。襯底的種遼類和質量對醒外延影響很殼大。在選擇虜襯底時通常采要考慮如下盈因素：盡量腹采用同一系州統(tǒng)的材料作內為襯底；失腰配度越小越幸好；材料的掌熱膨脹系數趟相近；用于慨光電器件中挖最好尋求低滋阻襯底；用立于微波器件急中最好選取蛙良好微波介任質性質的半味絕緣材料；奇用于激光器廚時，要易于汁解理以形成俯腔面。此外逮還要考慮到胃材料的尺寸悶和價格等問布題。虧盡管許多材危料可以或有涼望于GaN慚異質外延生暖長，但目前槐主要采用的給襯底材料只益有SiC和加藍寶石。藍冒寶石襯底是杰目前使用最足為普遍的一賠種襯底材料咽。它具有與墻纖鋅礦藏Ⅲ限族氮化物相站同的六方對溉稱性，也是忽微電子研究慣中經常使用崗的襯底材料啄。其制備工災藝成熟、價殊格較低、易亦于清理和處漫理，而且在專高溫下具有元很好的穩(wěn)定學性，可以大屋尺寸穩(wěn)定生賀長。但藍寶睡石襯底本身想不導電，不傻能制作電極意，其解理較們?yōu)槔щy，晶習格常數與G籌aN相差1旋5%，而且逆同GaN材忌料的熱膨脹檢系數也存在其較大的差異缸。目前以藍持寶石為襯底劫的GaN/儲GaInN村藍綠光LE筋D已經實現(xiàn)錘商品化，藍谷光LD也已例經實現(xiàn)室溫弊條件下的連飼續(xù)波工作。霞SiC是另寫一類非常重烈要的襯底材縣料，同藍寶粱石相比，S達iC本身具孩有藍光發(fā)光挺特性，且為息低阻材料，孫可以制作電粥極，其晶格倉常數和材料鑼的熱膨脹系戒數與GaN悲材料更為接殃近，并且易偶于解理。S堡iC材料的月缺點是價格澆昂貴。預GaN是最邊為理想的襯氣底材料，但忘目前所能獲逢得的單晶尺塊寸太小。最占近有人提出志了外延橫向陳過生長Ga銹N（Epi灶taxia聚lLat皺eral拍Overg矮rowth最GaN苗ELOG）論襯底和端面丘開始的外延語橫向過生長于技術（Fa淹cedI鋤nitia液tedE怕pitax自ialL畜atera黨lOve弦rgrow哄thFI頓ELO）。池這種技術用派于生產低位偉錯密度的G胳aN。目前箱ELOG技承術已經用于甩藍光LD，懇并獲得了滿攝意的結果。貞Masar卷u利用FI逮ELO技術晃在藍寶石襯輛底上成功地訪生長出了無稿裂紋且具有蠅類鏡面表面叉的低位錯密賣度GaN層投。通過除去嗚藍寶石襯底派可得到獨立浩的GaN晶屢片。研究表妖明FIEL滅O襯底上生厚長的LD的質激射閾值總張比藍寶石襯軋底上生長的搶LD低，并般且可靠性也巴有了顯著地淚提高。頃絲歐著姆接觸西由于GaN測基器件如發(fā)詢光二極管、帝激光二極管她和MESF企ET及HE雁MT的開發(fā)譽成功，制作健電阻較低、養(yǎng)可靠性良好純的高質量歐歸姆接觸的技膠術意義就顯斑得更為重要蟻。事實上p綢-GaN的監(jiān)高接觸電阻鄭是實現(xiàn)長壽么命CW工作量的GaN基踢器件的主要辜技術障礙之喇一，因此開療發(fā)高質量p肅-GaN歐磁姆接觸是提梁高器件性能漲的關鍵。閱對于n-G澆aN歐姆接碎觸而言，廣種泛研究的是下Ti或Al皮J基金屬化央方法（如A計l,Ti/緊Al，Ti旨/Au,T飯i/Al/盒Ni/Au吳和Pd/A蜜l）.在這噸些金屬化方按法中實現(xiàn)了橡10貝-3籌~10粱-8藍Ω·畫cm輔2斥的低接觸電睛阻，這對于川光學或電子蝦器件工作來市說已足夠好話。然而對于浮p-GaN喪歐姆接觸而壇言，有兩種政主要的技術驅障礙使得開庸發(fā)器件質量壟歐姆接觸很撇困難。第一甲種來自生長峽重摻雜p-損GaN（>問10駱18乓cm小-1誰）方面的困詞難。第二種鮮是沒有一種吃功函數大于盛p型GaN漲（約7.5君eV）的適秩當金屬。這彼些問題導致墨了接觸電阻仇大于10征-2蜂Ω·聯(lián)cm都2卸。Trex據ler等人余研究了p-倚GaN的N謎i/Au和交Pd/Au凳金屬化。研王究表明在9朵00禾℃趟下退火15半秒時，僅C串r/Au接燒觸是歐姆接伴觸，比接觸蒙電阻為4.溪1償×耽10霧-1挑Ω·順cm向2牧。Jang貝等人利用N注i/Pt/瘡Au金屬化先研究了p-研GaN的歐雖姆接觸。結臘果表明在A牢r流動氣氛么下在500取℃有下退火30慌秒時，這種仇金屬接觸屬歪歐姆接觸，跳接觸電阻為桃2.1洲×清10降-2驢Ω·撲cm萄2距。財Ja-So魯onJa據ng等人報蹄道了中等摻塑雜p型Ga莫N吉·列Mg（3斬×月10榜17妨cm惡-3跨）的低阻歐速姆接觸的P訓t(20n材m)/Ni蛛(30nm冤)/Au(瑞80nm)駛金屬化方法炕。p-Ga羅N的已淀積架和退火Pt承/Ni/A黑u接觸都顯虜示出線性的葵電流電壓特碌性，說明形輔成了高質量診的歐姆接觸拆。在N流動龜氣氛下在3煩5C下退火運1分鐘時N忍i/Pt/綿Au顯示出第了5.1貧×擴10桶-4企Ω·芹cm征2丈的比接觸電敗阻。下面的衛(wèi)圖5示出了羅p-GaN認的Ni/P行t/Au接熔觸的L-V袋特性。從圖打中可以看出暑，在350包℃厚下退火1分臣鐘進一步提甚高了Ni/黃Pt/Au序接觸的歐姆睜特性。測得焦的比接觸電妨阻為5.1撿×限10顆-4剝Ω·黨cm辰2閱。這是目前卵所報道的p合-GaN接亮觸的最低接康觸電阻。閣荒干法刻蝕圾由于GaN迎的化學穩(wěn)定育性極高，沒美有可重復的瓦濕法刻蝕劑輕，在室溫下釣高質量的氮牧化物對所有酬的酸均呈惰紙性，在熱堿毯中腐蝕的也耀很慢，因此爬發(fā)展干法刻穩(wěn)蝕非常重要披。A糕·歲T恨·霧Ping等繭人報道了利纏用Ar離子攪和HCl氣寬體化學增速餡離子束刻蝕虜MOCVD串GaN的河研究情況，摩研究了刻蝕撲速率與離子杯束能量和襯偷底低溫的關流系。研究發(fā)炭現(xiàn)HCl氣校體與Cl柄2隙相比，在較旋低離子束能魯量（300己eV）下刻革蝕速率較低賽，實現(xiàn)了高扯度各向異性凡刻蝕分布。言這表明干法即刻蝕工藝適兩合于制作激建光器的端面漸和鏡面。滋采用Cl僵2慮F煙2貧及其與N茂2善混合氣體的貢反應離子刻寨蝕已有報道曉。這種等離襲子體采用射嘗頻（13.泊56MHz疏），在不銹鑰鋼/石英反壽應器中輝光灑放電，其量瘋大的射頻功隆率為5KW娛，已經成功胃開發(fā)了表面惡質量和刻蝕卸速率均為最妨佳的條件；勵采用純CC值l:N振2愁=1:1，危壓力0.4構~6.65柔Pa，流量膚12~60酸sccm，漢其最快的刻切蝕速率約為拜20nm/紛分。頓2.4杜貫應用與前景種短波長氮化心物基激光器胳二極管現(xiàn)在基已經走出實凝驗室進入到害實際應用階火段，它有望銜用作電發(fā)光疾顯示、激光屢打印機、高梨密度激光存錢儲煤質和光佩通信系統(tǒng)的露光源。在開慧發(fā)藍光LD悼的進程中談仿論最多的應擋用是光學數仇據存儲系統(tǒng)液，但元件的前首次應用卻唱是在一個完栗全不同的領材域還——訂光譜學。N蝶ichia凈公司的LD鎮(zhèn)器件應用到接德國激光系揮統(tǒng)生產廠家救Tuoip池tics虧GmbHr頭DL10逐0外腔二極敢管和校準光部學器件，實瑞現(xiàn)了小至1勇MHz的線舅寬，足以分蜂辨出原子躍勸遷的自然線爹寬。盡管這梅是第一個利連用藍光LD奴的商品，但壽是在許多應速用領域也取插得了進展。弟通過對LD銹波長、系統(tǒng)吧數值孔徑、峰信號處理的擔改進，DV驚D-ROM謎可比CD-滴ROM的存釘儲容量提高悔7倍。而應陳用藍光LD匆可以大幅度頑增加信息的攻光存儲密度澆。目前采用喚780nm費的近紅外激業(yè)光，單面C譯D-ROM奇的信息記錄麗量約為65倉0MHz，喚而采用63戴5nm或6惡50nm的爹紅色激光，頭單面DVD燭-ROM的小信息記錄量雖可以達到4泊.78GB彎，利用藍光畢LD可將單些面DVD-賢ROM的信手息記錄量提厘高到14G虧B，同時信心息的尋道時吩間將縮短到宅20~40筐ms，而目璃前CD-R棚OM的尋道率時間通常為燭100~1稼50ms。斤GaNL棕D的迅速發(fā)達展也將影響食到未來的印蓄刷業(yè)，未來茶打印機技術糕受速度、色醉彩、分辨率強、電力消耗撿和多功能等獻多種要求的妄影響。藍光謎LD可以滿功足未來打印茅機的要求。脅高輸出功率泡單模連續(xù)波息GaNL遠D的較高功鹽率可使打印早速度提高及蔽圖像性能改佳善。備此外GaN朱基藍光LD枕還可應用于遺顯示技術和撇光對潛通信羅等方面，其變應用廣泛，貴市場龐大，屋預計今后幾尤年GaN基村LD的市場闊將會達到幾鞏倍增長。G燃aN基LD刺的發(fā)展也必盆將帶動相關朱行業(yè)的發(fā)展細，可以說是碎未來經濟新琴的增長點，遇因此世界許毫多公司都競邀相投入到G驅aN基LD具的開發(fā)與研韻制活動中心甘，氮化物基卻LD的前景惕一片光明壇。戴3艇藍寶石襯底竭分子束外延督生長GaN樣薄膜的原位吸橢偏光譜分遲析哈目前，Ga腰N半導體薄堆膜材料已成鄰為研制高溫認、高功率、螞高速短波長潔光電子器件嫂和新型微電豈子器件的重說要材料，并猶已取得重大搖進展。但由瓦于GaN外富延層與藍寶遭石襯底之間急的晶格常數僅和熱膨脹系碎數失配，致露使在GaN倆單晶薄膜異涂質外延中，識產生大量的儀結構缺陷。前特別是在分滴子束外延（巡MBE）中晴，產生的線氧位錯密度高妹達10典8控~10投10駱cm這-2笑，引發(fā)多種便表面結構缺臥陷。GaN脾單晶薄膜中劈的線位錯缺賀陷形成的散藏射中心影響啄發(fā)光器件的渣性能；螺旋條型線位錯在容其中心可形之成納米尺度院的管道，這納些納米級的乳空洞對接觸罪金屬、摻雜司劑和其他雜顯質形成擴散遺通道，嚴重憐影響器件的患電學性質。冊因此，減少肺GaN單晶天薄膜生長過白程中產生的支結構缺陷成中為亟待解決餅的關鍵技術姨問題。膀MBE是制給備高質量G荒aN薄膜的幫重要技術之趨一，特別是鉤可原為監(jiān)控扎生長過程，匠制備的薄膜謙材料可廣泛羨應用于各種船光電探測器糕和微電子器宋件。近幾年泡來，通過選陽擇優(yōu)化MB羽E生長速度梯與溫度，特盟別是在成功扁利用射頻（烘RF）等離狼子體源和電蟲子回旋共振妄（ECR）躍微波等離子紛體源輔助技搖術之后，制拜備的GaN瞞薄膜質量大賺幅提高，但仇樣品的表面量平整度遠不筆及金屬有機圖物氣相外延列（MOVP葡E）技術生探長的GaN勢薄膜。理論劣分析認為，允MBE生長牢GaN過程且中產生的較肅高的位錯密羞度是丘狀螺把旋生長的起筒源，而Ga羽原子的擴散屢長度較短導諒致表面擴散帆受限，可能環(huán)是較高的位歸錯密度產生莫的主要原因麥。采用襯底邪偏晶向法形聰成單原子高距度臺階的鄰郵晶面，使薄聯(lián)膜生長實現(xiàn)恭臺階流動（童SF）模式朝，可抑制螺匯旋位錯的出賀現(xiàn)得到平滑鉤表面的薄膜六。本文通過渾對比分析藍閉寶石常規(guī)和匠鄰晶面襯底占MBE生長妻GaN薄膜哀中的線原位斯橢偏(SE茫)光譜，研寄究探討了外廈延層中應變蓮能釋放過程填和位錯缺陷駕生成機制。烈3.1橢揉偏光譜基本稀原理錄電磁波在介攝質中傳播時子，相對介電滾常數代表介劉質中分子的谷極化效應。喚對于離子鍵愉成分占39街%的GaN虛半導體材料脅，GaN分膛子在極化過結程中總是存術在損耗。電若磁波在Ga糟N材料中傳莫播時，交變剪電場的作用殊使GaN中態(tài)正負離子相奮對于平衡位惑置發(fā)生位移借，部分電場丘能量轉化為改GaN晶體嚴晶格振動能于量。這種極稅化過程存在寬的能量損耗禾通常用相對醉復介電常數暗來描述，此艇時相對介電赤常數健ε亂r跨為虛數，可禾假定虧ε膀r=雁ε防1毅+i解ε肺2隙,材料的基和本化學常數看折射率n和托消光系數K按以及相對介湯電常數的實梁部駛ε暫1儉和虛部仍ε寫2觸都是入射光燥波長的函數次，折射率和孫小光系數與忽復介電常數水的函數關系棕式為鼠光經過兩種勉兩種介質界伯面時的反射柜和透射光強括與材料的光擺學常數相聯(lián)產系。就反射飲光譜而言，訴只要不是在襖正入射情況此下測量，垂缸直于入射面紙偏振的電矢雁量和平行于冬入射面偏振晶的電矢量其壘振幅反射系劈數不同，具忘體可描述為鄭由此可見，丹對斜入射的痕偏振光，經進介質表面反番射后其電矢肝量振幅和相嗚位都會改變賤。對于橢圓塘偏振光其反悄射光的振幅陡反射系數之算比為藏（5）式中疲tan陜ψ他為入射面內該偏振的電矢視量與垂直于桂入射面內偏叉振的電矢量她的相對振幅咽衰減，撐△貝為反射引起依的兩個電矢幻量間的相位敗差。有（3堪）~（5）厲式計算可得額由（6）式嫌和（7）式接可知，在某歷一波長的入武射光實驗條尾件下，測出扒ψ紫，堡△狡和入射角塊θ早就可以求出仙該波長下材屠料的折射率半和消光系數遵。再由（1糞）式，（2扁）式即可得厲出被測樣品召在相應波長艙的介電常數睡的實部僚ε臣1備和虛部酸ε遮2件。狼3.2G饞aN薄膜的飼外延生長和珍原位SE光來譜分析逢利用EIK斥ORF-訪MBE系統(tǒng)禽配備的橢偏模光譜儀測量霧基于GaN飲薄膜生長過撥程中在線原蠻位SE數據榨。在有效界楊面近似條件酒下，通過選卷用適當模型僻采用Fas住tDyn數封據處理運算種程序進行數割據擬合，獲凳得了MBE川生長GaN在薄膜的基本喘光學常數譜倉。惰基于藍寶石塵常規(guī)和鄰晶貢面襯底MB便E生長Ga遮N薄膜原位矩橢偏光譜實灘驗數據，用瓶色散基本理予論，分析外要延層中應變旱能釋放過程甘。圖1為常宣規(guī)藍寶石襯搭底生長1號兔樣品生長過賠程原位SE浙<譜ε另1綢>圖譜，圖倒2為鄰晶面末藍寶石襯底暖生長過程原過位SE<甘ε莫1糞>圖譜。原裂位SE<劍ε宵1愉>圖譜顯示跨的是所生長課樣品復介電黑函數的實部縱<課ε漏1豐>隨生長時憲間的進化過龜程，從藍寶樸石襯底氮化轉開始，<舞ε桿1方>逐漸上升拋，見圖中標尾識A。大約廊生長幾個單鼓原子層后達棍到峰值，然看后<參ε惑1鳥>開始下降骨，表明Ga周N緩沖層以鵝層狀和島狀丟混合模式即亭S-K模式冒開始生長。騎氮化物薄膜車與藍寶石襯翻底的晶格常瞧數失配，在菜外延緩沖層評中積累應變沈能。當應變窩能釋放時，侮在沉積物與縣界面處的高索能量激發(fā)島畢形成。<季ε睬1楚>的下降標頭志著外延G榮aN緩沖層掉在氮化的藍判寶石襯底上校出現(xiàn)第一次六應變能釋放唇過程。在這街個S-K模促式生長階段粉，所形成的炸島尺度約幾眾十個納米；踢此時SE光閱譜的變化與鵝緩沖層的厚嘉度及粗糙度叛相關，較長傷的探測光波境長達到峰值塵較晚。如圖翼中700n荒m和450欣nm的探測聚光構ε鏈1賢出現(xiàn)峰值比拘370nm弱的探測光的棄峰值滯后。夸隨著緩沖層墨的厚度增加影和遷移增強斗外延（ME過E）技術的階應用緩沖層您表面趨于光捧滑，SE譜繡急劇上升直肺到出現(xiàn)峰值譽，見圖中B鄉(xiāng)處；然后趨挑于平緩下降幟，緩沖層生唉長結束。戚在緩沖層升朋溫至750黑℃俊附近，<稻ε孕1出>急劇下降覺，如圖中C床處，這表明屆外延層出現(xiàn)綿第二次應變冰能釋放過程再。隨后70隱0nm，4洪50nm和痛370nm盼的3種探測濕波長的SE演光譜中<稿ε先1贊>急劇上升瑞表明GaN暮外延層厚度豎的增加導致熱干涉效應波甲長為700社nm和45俘0nm的探吉測光隨時間招出現(xiàn)周期性昨振蕩。而3勁70nm波畫長探測光由淡于GaN外訴延層的帶邊因吸收，使得訓370nm夏波長的探測灰光在生長約源60min倆后，外延層哀厚度生長到荒約350n礙m時趨于平渴緩。對比分揮析兩種襯底現(xiàn)生長GaN日薄膜的原位齒SE光譜的撐變化規(guī)律，凈發(fā)現(xiàn)兩種襯飲底在氮化和抹緩沖層生長域時都出現(xiàn)應拾變能釋放弛授豫過程；但飄兩種襯底的乘兩次應變能屋釋放過程顯吧著不同，尤個其是第二次內應變能釋放最時。常規(guī)藍照寶石襯底在頌緩沖層升溫勺時不僅37恥0nm探測布光的<珠ε慶1襯>譜線未出桿現(xiàn)而且70扯0nm，4狀50nm探滑測波長的<詢ε派1碑>譜線同步葉對應下降，場其下降斜率苗遠小于鄰晶妙面襯底相應洲過程<模ε媽1蘭>譜線下降攏的斜率，見釀圖中標示C御處。這可能楚就是常規(guī)藍拌寶石襯底M叛BE外延生舒長GaN薄非膜出現(xiàn)較高爭位錯密度的若機制。應變歉能釋放不完瞧全，使線位館錯缺陷彎曲慕，應變能的捐積累，出現(xiàn)烤島狀生長。或結果導致外催延層形成丘獻狀螺旋結構眠，引起表面欣粗糙。這一槳推測可以從曬隨后的外延伴層生長過程襖的SE圖譜狀得到證實。夸由圖中<委ε晌1燈>譜可見，釣從標示D開貓始鄰晶面襯蒸底外延層生昂長出現(xiàn)均勻鍛光滑的因厚豈度變化引起假的干涉峰谷福譜線。而常末規(guī)襯底的7床00nm，尊450nm破干涉峰谷明截顯不對稱和終不均勻，薄堆膜的光學質歸量較差。岔通過原位真嬌實時間SE觸圖譜分析發(fā)壁現(xiàn)，在Ga會N薄膜外延生生長過程中錯，出現(xiàn)兩次再應變能釋放崖的過程。第健一次出現(xiàn)在哈緩沖層生長碗過程中，第戲二次出現(xiàn)在遭緩沖層升溫旨過程中。由陽于GaN與望藍寶石襯底舒的晶格失配筐，自組織的篩微晶結構通但過傾斜或旋閣轉變向釋放敞應變能量。籃在緩沖層的兼生長過程中繩，這些不同夾方向的微晶槽結合導致出篩現(xiàn)位錯。在畝緩沖層升溫厚過程中，表尼面原子遷移遵和蒸發(fā)使線倚位錯缺陷彎顏曲或消失，關出現(xiàn)第二次稿應變能釋放謝過程，這一福過程對于減甜少線位錯至臣關重要。比運較兩種襯底贏上生長Ga越N薄膜的S拍E圖譜，可座以認為常規(guī)隆藍寶石襯底階MBE外延漏生長GaN礦薄膜中較高室的螺旋位錯哭密度是在緩橡沖層應變能凱釋放過程中睡產生的。采束用鄰晶面襯著底可實現(xiàn)臺攝階流動模式然S-K生長可GaN薄膜喝，從而有效勺抑制螺旋位臥錯的形成。列通過原位真蜂實時間SE馳光譜研究發(fā)鵲現(xiàn)，在緩沖米層的生長過調程中，自組映織的微晶結排構通過旋轉薄變向釋放應房變能量，導丈致不同方向針的微晶結合勵出現(xiàn)位錯。央在緩沖層升襪溫過程中，轎表面原子遷勻移和蒸發(fā)可節(jié)使線位錯缺堆陷彎曲或消匪失，這一過裕程對于減少脂線位錯至關饑重要。研究宗結果進一步月證實了采用及襯底偏晶向綠法形成單原穴子高度臺階史的鄰晶面，粱可以抑制螺攏旋位錯的產橡生，改善M耍BE生長G器aN薄膜的態(tài)表面質量。燥因此，在G耀aN薄膜外辦延生長過程糟中，控制生爛長高質量的伴緩沖層是減邪少位錯密度窩、制備高質劑量薄膜的關告鍵。樸4遣r面藍寶石央襯底上采用汗兩步AIN統(tǒng)緩沖層法外衣延生長a面圍GaN薄膜烘及應力研究涂近年來，I淚II族氮化勸物在光電子寇和微電子領臉域都取得了乏很大的進展荒。由于難以稿獲得體材料趣使得III鮮族氮化物材飄料主要異質吊外延生長在運其他襯底上掩，藍寶石是鋪最常用的襯忙底，目前絕專大多數的G強aN基發(fā)光創(chuàng)二極管（L完ED）和激放光器(LD坦)都是外延咸在c面藍寶瘦石襯底上。旅而在c面藍奉寶石上得到拔的c面II艇I-V族氮仿化物材料的帆結構不具有份中心反演對迷稱性，并且熟III族元筋素的原子和終N原子的電憐負性相差很爪大，導致G浩aN及其異倆質結在<0效001>方懸向具有很強蛙的自發(fā)極化挪和壓電極化商，極化效應在的存在對材康料特性和器呆件的性能有多重要的影響未。極化效應乳在III-警V族氮化物打外延層中產派生較高強度珠的內建電場占，內建電場另的存在使能艇帶彎曲、傾它斜，能級位炎置發(fā)生變化殼，發(fā)光波長控發(fā)生位移；乒同時由界面頸電荷產生的飼電場還會使袖正負載流子只在空間上分錘離，電子與胡空穴波函數塘的交迭變小輸，使材料的捎發(fā)光效率大也大的降低。摧為了減小極眼化電場對量搞子阱發(fā)光效畏率的影響，沫人們嘗試通辛過對LED氣器件結構的分優(yōu)化設計，洲調節(jié)材料的下應力，達到膨減小極化效蠅應的目的。竊然而，這些痛嘗試對減小造極化效應的隔作用使有限妥的，避開極沒化效應的最閑根本方法是笑生長非極性誼面的GaN沾基材料，從碼面徹底消除繪極化效應的迎影響。目前搏普遍采用的也用于制備非肌極性GaN棒基材料的技葵術途徑有兩劉種：（1）仇在妖γ洲-LiAl痰O當2波的襯底上利奮用MBE技側術生長（1汁100）m偏面GaN；石（2）在r胳面（110尤2）藍寶石做襯底上用M止BE，MO呀CVD和H堆VPE技術亂生長a面（容1120）求GaN材料少。與誓γ路-LiAl姥O賠2緩相比，r面返藍寶石因其艇在高溫下穩(wěn)蔥定，且在其念上生長的G頸aN材料背寺底摻雜濃度似低等原因，瓦是一種更有梢前途的襯底踏材料，因此殖r面藍寶石狹上生長a面礙GaN成為勝這一領域的追研究熱點。拆通常，人們那利用低溫G選aN志[1417運~19]許或高溫A就IN甩[15]貍作為緩沖卷層，在r面裹藍寶石上生滾長a面Ga撐N薄膜。但技得到的材料商質量與生長傭在c面藍寶垃石上的c面炒GaN相比億，還相差很酸遠，還不能嫂滿足高性能梯器件對材料詞質量的要求擾。所以，生識長高質量的寒a面GaN抗仍是當前的客研究重點。怪本文的目的鬧就是在于通權過引入兩步系AIN緩沖婦層的方法，們提高在r面敲藍寶石上生勤長a面Ga園N的質量，墳同時通過研屬究a面Ga福N外延膜中千的應力，進晃一步改進材住料的質量。涉4.1實戰(zhàn)驗魯實驗中采用維金屬有機物幸化學氣相沉貌積（MOC勿VD）設備愈在r面（1甚102）藍崇寶石（sa妖pphir盒e）襯底上皂外延生長a砍面(112抖0)Gan抬N薄膜，其奸中Ga，A奇l和N源分根別為三甲基跪鎵（TMG衛(wèi)a）、三甲離基鋁(TM屑Al)和氨駐氣(NH森3悔)。在外延灘材料生長前踐，首先在氫紀氣氛圍中把執(zhí)藍寶石襯底軋加熱到11蓮50牛℃驕處理10m牌in，以便浴去除襯底表寇面的雜質。戶在外延生長庫過程中，首猾先在800驕℃潮生長40n衣m厚的低溫譜AIN緩沖仿層，然后把菌生長溫度升灰高到108袖0火℃睡，再生長4解00nm厚索的高溫AI腸N緩沖層，刮最后在此溫買度下生長約約1.5um村厚的a面G撿aN，Ga儲N的生長速峰率為2.0寇um/h。特具體的生長攤結構如圖1脂所示。佛高分辨X射藥線衍射（H鼻RXRD）離技術是一種截無損傷的研查究材料結構玩的方法。我杯們采用英國接Bede公胃司生產的D首l型多功能五高分辨X射扯線衍射儀（趣三晶軸配置遠）進行w/臺2察θ燦對稱、非對乳稱掃描以及爬對稱衍射的越倒空間Ma賺pping戚衍射（RS儉M）的測試狹方式進行了涉4種不同的殃掃描測量：續(xù)（1）對樣姐品的（11立20）對稱碼衍射面進行畢雙軸的w-壺2完θ冰和倒空間M吉appin微g衍射（R團SM）的測雄試；（2）胖對樣品（1到120）衍甩射面進行w吊雙晶搖擺掃視描；（3）也對樣品的（斬1010，見（1011吃）和藍寶石鄭襯底的（0福006）面?zhèn)溥M行萌Φ購轉動掃描；演（4）對樣靜品的（11赴20），（挽1122）箏和（101逼0）面進行輔三晶軸高分顏辨w-2案θ線掃描。單色濕器采用4次糧反射的斜切扁Si(22偵0)晶體組吹合，經單色他器出射后的特CuKal豐波長為0.英15405贈6nm，高惜分辨w/2抹θ娛掃描曲線的敗分辨率為0條.0001環(huán)。分析晶體社為2次反射虜的斜切Si駛(220)刷晶體。采用鵲法國Job旗in-Yv勵onT6掏400型R橡aman光室譜儀對樣品岔進行Ram猛an光譜測璃量，激發(fā)光蟻為Verd斑i-2型激秀光器的53袍2nm譜線揭。532n狠m譜線激發(fā)菊下光譜的分苗辨率為0.畜5cm周-1蓮左右。把4.1實呢驗結果與討倒論捕圖2給出了唐厚度為1.遞5um厚的演a面GaN伏薄膜的高分飛辨XRDw吸-2害θ助掃描的衍射捆圖，圖中的齡衍射峰分別剪來源于Ga川ND(1按120)面他，微弱的A宜IN緩沖層碗的（112秩0）面，以孩及r面藍寶占石襯底的（材1102）摘，（220裁4）和（3壽306）面須的衍射。在地測量精度范薪圍之內沒有其觀測到Ga聲N的（00偏02）及其瘡他面的衍射慨峰，這表明肺我們得的外捷延材料是單資一取向的a貴面（112完0）GaN轟.插圖陵中為a面G訪aN薄膜（貧1120）照面的倒空間品Mappi租ng衍射圖剩，圖中僅觀室察到GaN切(1120竊)面、AI竹N（112駐0）面、藍沾寶石襯底的直（1102碼）面衍射峰小，更進一步研證明了我們屠獲得的外延川薄膜是沿著湯GaN[1善120]單皂一取向的。利我們通過對聯(lián)稱面的w-柳2誘θ戒掃描得到樣鐵品和襯底的拿晶向排列關雪系為[11襯20]型GaN林|[110桑2]。下面頭我們將通過叨非對稱面的瞎衍射峰來確民定樣品與襯峰底在生長面凱內的晶向排串列關系。分懂別來將衍射廁面調到Ga厭N的（10怠10），（頑1011）糊和藍寶石的震（0006決）面后，進素行蝦Φ撐轉動掃描，懂掃描曲線如羞圖3所示。絡通過分析樣復品與襯底衍縱射點的犁Φ伶角位置關系丑，可以確定溫樣品與襯底突在生長方向嚇平面內的晶未向關系為：迫[0001懂]遣GaN植|[110議1]和[1該100]混GaN損|[11寨20]，具葡體的位相關炸系如圖4所灑示。這個結縱果與文獻中耀利用低溫G付aN作為緩君沖層生長獲弊得的a面G稈aN與襯底巾之間的晶向掙排列關系是窮一致的，說末明我們采用如兩步AIN無緩沖層方法路外延的a面竄GaN薄膜釣與襯底之間狐的晶向關系饞與采用低溫慈GaN作為床緩沖層外延幻的a面Ga均N薄膜與襯關底之間的晶原向關系是相佩同的。擱搖擺曲線的露半峰寬的大膏小常被用來鴉表征樣品的鍋質量。采用瘋兩步AIN肌緩沖層的方待法在r面藍乞寶石襯底生舅長的a面G律aN薄膜（六1120）者面的X射線紗雙晶搖擺曲尤線的半峰寬緒為0.19紅3。文獻中柏報道的采用謙低溫GaN見作為緩沖層嫌外延獲得的既a面GaN花薄膜（11企20）面的銅X射線雙晶打搖擺曲線的袖半峰寬為0攀.24~0莫.29殼[14,1閘7]悠；采用單引層高溫AI墻N作為緩沖嘉層外延獲得需的a面Ga顫N薄膜（1院120）面龍的X射線雙磚晶搖擺曲線四的半峰寬最暗小值也在0岔.29左右吵。我們獲得輕的0.19綠3的半峰寬販與文獻中報扒道的采用H川VPE側向立外延生長的直a面GaN千的薄膜，雖相然這個值與軍生長在c面植藍寶石襯底堆上的c面G需aN的值相管比還有一定馬的距離。在鑼這里我們把激a面GaN體薄膜晶體質欣量的提高歸畝于兩步AI而N緩沖層的薯作用。低溫牌緩沖層生長接時由于生長貨溫度較低，牛Al原子的楚遷移能力比渾Ga原子低牽很多，在這遲個溫度下生蒼長的AIN職與低溫Ga杠N或高溫A團IN作為緩用沖層生長引減入的各向異撐性問題，而益隨后在低溫崗AIN層上蝶繼續(xù)生長的信高溫AIN派層晶體質量基較高，這就歇為后續(xù)生長斃a面GaN沙提供了一個蝴高質量的生塘長付“舉模板綠”責，有利于a絕面GaN薄信膜質量的改店善。風由于a面G懂aN和r面停藍寶石襯底開之間晶格失譯配很大，且勻平面內各向即異性，因此單有必要研究尸a面GaN聞薄膜的應力司分布，這對鈴于改善材料粘的質量有著有重要的意義鄙。字我們通過對滾樣品的對稱扣（1120洋）面、非對沈稱（112酬2）和非對壽稱（101士0）面進行天三晶軸高分疊辨w-2之θ勵掃描可以得乎到各個面的緣衍射角，再漢由布拉格公福式及各個面少之間的關系葬，可計算出花a面GaN辰外延膜的晶曠格常數a，但c和（11團00）面間脾距。在這里卡我們規(guī)定X址|[112餃0]址GaN丈，Y|[1栗100]蚊GaN騰和Z|[0更001]軟GaN值。再由公式倘：縮可以計算外晶延膜沿著樣以品各個方向鍋的應變，其長中a利0論，m拼0塑和c叢0叛是無應變的朽GaN體材判料的晶格常創(chuàng)數（具體值記見表1）。副計算結果見幼表2。.梅最后由樣品跟沿著各個方嚼向的應變及利下面的公式趨可以計算出餃樣品沿著各團個方向的應端力：堵其中c薯11勺，c矩12障，c燕13拾和c度33揚為GaN的償彈性剛度系胃數（具體值杏見表1）。雪通過計算我榆們得到了樣刷品沿不同方朋向的應力，默計算結果見哨表2。我們奮得到樣品沿世m(xù)軸方向的曲應力為-2異.61G繳p酒a，沿c軸臘方向的應力輝為+0.6階1G屠p莫a，表明我散們采用兩步驚AIN作為賄緩沖層生長母獲得的a面宣GaN在外芒延層平面內世的應力也存呀在著很大的堂各向異性。宣沿c軸的原管子間距被拉濤伸，沿m面千方向的原子才間距被壓縮蠶。桐我們知道，僅Raman為光譜中聲子馳頻率對應變尺非常敏感。及下面我們就旗利用Ram佳an散射譜關來研究所獲構得樣品的應驗力分布情況疤。帝圖5給出了哲樣品在（1字120）背束散射配置下宋的Rama捎n散射譜。單在X(YY銜)X配置下抽，GaN的糞E聾2鄙低頻模，偏A肉1進(TO)模晴和E捧2定高頻模分別勢位于142剛.5,53綠5.5和5遵70.7c脅m榆-1浸;在X(Z擔Y)X配置匠下，GaN駝只有E齊1復(TO)鎖模出現(xiàn)，位治于562.茫0cm唉-1襯；在X(Z巾Z)X配置狗下，GaN爹只出現(xiàn)了位哀于535.么5cm站-1范的A舅1芳(TO)模驢。此外，E書2浙高頻模的比半峰寬僅為過3.9cm簽-1窗，表明晶皂體中的應變益不均勻效應蓬不明顯，這脫也從另外一慢個角度證明真了我們生長惡的樣品具有想較高的質量鋒。饑由于生長的著a面GaN看存在平面內載的應變各項愿異性，而R竄aman光薦譜中聲子頻淚率對應變非范常敏感。對煌于Rama桶n聲子模晚λ妻，其聲子頻柱率移動與應求力的關系可沾以用下面的鞏公式表示：仗其中Y|[淘1100]離GaN掙和Z|[0筋001]陷GaN詳。我們采太用Wagn艷e和Bec牙hsted相t計算中用多到的形變常邀數a梨λ晉和b稠λ役（具體值蛙見表3）來黨計算樣品中增的應力。璃參考聲子E爹1洪(TO)基模和E湊2欲高頻模的無儲應力狀態(tài)的阻頻率分別為宮559和5央68cm嚴-1演。樣品中的女E啄1區(qū)(TO)批模和E食2括高頻模的頻匠率分別是5頂62.0和雅570.7俊cm顧-1來。我們計算治得到a面G同aN的平面犧內的應力為服：纖б從yy拒GaN廣=-2.喇87GPa懲和劃б棋zz黃GaN萌=+0.音66GPa倚。這個計算跳結果在考慮喪誤差范圍內珍與X射線的梢結果是一致廟的，說明用驗這兩種方法帳來衡量薄膜較中的剩余應酬力是可行、陡有效的。這顯個值與利用扒低溫GaN布作為緩沖層茄生長a面G遷aN的平面?zhèn)}內應力情況油不同。利用投低溫GaN征作為緩沖層別制備的a面雨GaN，其營c軸的原子旅間距被壓縮膨，恰好與我敬們采用AI艦N緩沖層的債情形相反。肚我們綜合考局慮材料的晶醬格失配和熱替失配對剩余辯應力的影響獨，分析結果戒如下：由于潤a面GaN趣沿著GaN陡[0001干]方向與襯欄底的晶格失輩配很小，僅放為1.3%醋，而且AI申N的晶格常嫂數與GaN無的晶格常數驟相差不大（癥具體值見表澤1），采用仗兩步AIN城作為緩沖層陷后,AIN榮與藍寶石襯諒底間的失配牙與a面Ga裝N與r面藍剃寶石襯底間判的晶格失配穗的差別較小檢。然而，由搬于AIN沿背著c軸方向酒的熱膨脹系祝數比藍寶石趟襯底要小很廢多，在樣品便由生長溫度引冷卻到室溫嶄是，采用A淘IN作為緩園沖層生長獲鉤得的a面G甲aN與采用陷低溫GaN分作為緩沖層間生長獲得的會a面GaN志相比相當于魄沿GaN[膝0001]顯方向上受到蟻了額外的張史應變，所以蜻導致a面G絮aN在面內愉沿GaN[價0001]星方向受到張栽應力。而對愿于樣品沿G育aN[11字00]m軸氣方向的壓應叮力情形則不在同，雖然A惰IN的引入排也帶來了熱刑膨脹系數的阻差異，也會斯對樣品沿G穗aN[11砍00]m軸圣方向的壓力竿有一定的影及響，但在這泛里它不是主獄要的影響因筆素，這是由光于a面Ga曉N沿著Ga淘N[110疑0]m軸方冒向與襯底的五晶格失配很惹大，高達1穗6%，晶格附失配的影響茄在這里起了襪主要的作用聽。由于AI朵N[110哈0]m軸的帝晶格常數比裝GaN和藍步寶石襯底都利小的多，這聯(lián)就相當于采原用AIN作沒為緩沖層生安長獲得的a鋸面GaN相摘比在沿Ga年N[110鄭0]m軸方臂向上受到了聽額外的壓應牽力，所以a服面GaN在我屏幕內沿G貿aN[00四01]c軸茄方向的壓應蝴力會變強。壓本實驗抖通過采用兩躬步AIN緩益沖層的方法詳在r面藍寶喬石襯底上制楚備出了高質景量的a面G漢aN薄膜。愿a面GaN母外延薄膜的瓜（1120流）面的X射均線雙晶搖擺綢曲線的半峰旁寬僅為0.妨193，R吐aman光塑譜中吐E圈2米高頻模的半腥峰寬僅為3崇.9cm她-1氧都表明a面漢GaN薄膜看具有較高的泡晶體質量。揭a面GaN印外延層與r或面藍寶石襯存底的晶向排揮列關系為：宮[1120蘿]鳥GaN障|[11挖02]賺sapph臉ire狀，[000描1]染GaN胃|歇斗[1101須]涂sapp吳hire佛和[110逮0]鉛GaN擦|[11右20]陷sapp境hire銜。a面Ga險N外延層在碌平面內的應且力分布存在栗各向異性。布采用AIN棚作為緩沖層故生長獲得的轎a面GaN遵與采用低溫唱GaN作為鴿緩沖