【正文】 力也存在著很大的各向異性。沿c軸的原子間距被拉伸，沿m面方向的原子間距被壓縮。我們知道，Raman光譜中聲子頻率對(duì)應(yīng)變非常敏感。下面我們就利用Raman散射譜來(lái)研究所獲得樣品的應(yīng)力分布情況。圖5給出了樣品在（1120）背散射配置下的Raman散射譜。在X(YY)X配置下，GaN的E2 低頻模，A1(TO),。在X(ZY)X配置下，GaN只有E1 (TO)模出現(xiàn)， cm1；在X(ZZ)X配置下， cm1 的A1(TO)模。此外，E2 ，表明晶體中的應(yīng)變不均勻效應(yīng)不明顯，這也從另外一個(gè)角度證明了我們生長(zhǎng)的樣品具有較高的質(zhì)量。由于生長(zhǎng)的a面GaN存在平面內(nèi)的應(yīng)變各項(xiàng)異性，而Raman光譜中聲子頻率對(duì)應(yīng)變非常敏感。對(duì)于Raman聲子模λ，其聲子頻率移動(dòng)與應(yīng)力的關(guān)系可以用下面的公式表示：其中Y|[1100]GaN和Z|[0001] GaN 。我們采用Wagne和Bechstedt計(jì)算中用到的形變常數(shù)aλ和bλ （具體值見(jiàn)表3）來(lái)計(jì)算樣品中的應(yīng)力。參考聲子E1 (TO)模和E2高頻模的無(wú)應(yīng)力狀態(tài)的頻率分別為559和568 cm1。樣品中的E1 (TO) cm1。我們計(jì)算得到a面GaN的平面內(nèi)的應(yīng)力為：бyy GaN = GaN =+。這個(gè)計(jì)算結(jié)果在考慮誤差范圍內(nèi)與X射線(xiàn)的結(jié)果是一致的，說(shuō)明用這兩種方法來(lái)衡量薄膜中的剩余應(yīng)力是可行、有效的。這個(gè)值與利用低溫GaN作為緩沖層生長(zhǎng)a面GaN的平面內(nèi)應(yīng)力情況不同。利用低溫GaN作為緩沖層制備的a面GaN，其c軸的原子間距被壓縮，恰好與我們采用AIN緩沖層的情形相反。我們綜合考慮材料的晶格失配和熱失配對(duì)剩余應(yīng)力的影響，分析結(jié)果如下：由于a面GaN沿著GaN[0001]方向與襯底的晶格失配很小，%，而且AIN的晶格常數(shù)與GaN的晶格常數(shù)相差不大（具體值見(jiàn)表1），采用兩步AIN作為緩沖層后,AIN與藍(lán)寶石襯底間的失配與a面GaN與r面藍(lán)寶石襯底間的晶格失配的差別較小。然而，由于AIN沿著c軸方向的熱膨脹系數(shù)比藍(lán)寶石襯底要小很多，在樣品由生長(zhǎng)溫度冷卻到室溫是，采用AIN作為緩沖層生長(zhǎng)獲得的a面GaN與采用低溫GaN作為緩沖層生長(zhǎng)獲得的a面GaN相比相當(dāng)于沿GaN[0001]方向上受到了額外的張應(yīng)變，所以導(dǎo)致a面GaN在面內(nèi)沿GaN[0001]方向受到張應(yīng)力。而對(duì)于樣品沿GaN[1100]m軸方向的壓應(yīng)力情形則不同，雖然AIN的引入也帶來(lái)了熱膨脹系數(shù)的差異，也會(huì)對(duì)樣品沿GaN[1100]m軸方向的壓力有一定的影響，但在這里它不是主要的影響因素，這是由于a面GaN沿著GaN[1100]m軸方向與襯底的晶格失配很大，高達(dá)16%，晶格失配的影響在這里起了主要的作用。由于AIN[1100]m軸的晶格常數(shù)比GaN和藍(lán)寶石襯底都小的多，這就相當(dāng)于采用AIN作為緩沖層生長(zhǎng)獲得的a面GaN相比在沿GaN[1100]m軸方向上受到了額外的壓應(yīng)力，所以a面GaN在屏幕內(nèi)沿GaN[0001]c軸方向的壓應(yīng)力會(huì)變強(qiáng)。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)采用兩步AIN緩沖層的方法在r面藍(lán)寶石襯底上制備出了高質(zhì)量的a面GaN薄膜。a面GaN外延薄膜的（1120）， cm1都表明a面GaN薄膜具有較高的晶體質(zhì)量。a面GaN外延層與r面藍(lán)寶石襯底的晶向排列關(guān)系為：[1120] GaN |[1102]sapphire，[0001] GaN | [1101] sapphire和[1100] GaN |[1120] sapphire。a面GaN外延層在平面內(nèi)的應(yīng)力分布存在各向異性。采用AIN作為緩沖層生長(zhǎng)獲得的a面GaN與采用低溫GaN作為緩沖層生長(zhǎng)獲得的a面GaN相比沿GaNc軸方向的張應(yīng)力主要是由于AIN的引入帶來(lái)新的熱失配影響；而在沿GaNm軸方向的壓應(yīng)力會(huì)變強(qiáng)則是主要由于AIN的引入帶來(lái)新的晶格失配的影響。因此，可以通過(guò)優(yōu)化AIN緩沖層的生長(zhǎng)參數(shù)進(jìn)一步改善在其上生長(zhǎng)的a面GaN薄膜的質(zhì)量，最終獲得能夠滿(mǎn)足器件性能要求的a面GaN薄膜。結(jié)論通過(guò)異質(zhì)結(jié)的作用，GaN的優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了其缺點(diǎn)，其有效輸運(yùn)性能并不亞于GaAs，而制作微波功率器件的效果（微波輸出功率密度上）還往往要遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有的一切半導(dǎo)體材料。但又因?yàn)镚aN是寬禁帶半導(dǎo)體，極性太大，所以難以通過(guò)高摻雜來(lái)獲得較好的金屬半導(dǎo)體的歐姆接觸，這是GaN器件制造中的一個(gè)難題，故GaN器件性能的好壞往往與歐姆接觸的制作結(jié)果有關(guān)。現(xiàn)在比較好的一種解決辦法就是采用異質(zhì)結(jié)，首先讓禁帶寬度逐漸過(guò)渡到較小一些，然后再采用高摻雜來(lái)實(shí)現(xiàn)歐姆接觸，但這種工藝較復(fù)雜。對(duì)于GaN材料，雖然異質(zhì)外延缺陷密度相當(dāng)高，但是器件水平已可實(shí)用化，而日光燈和電燈泡都將會(huì)被LED所替代。LED將成為主導(dǎo)產(chǎn)品，GaN晶體管也將隨材料生長(zhǎng)和器件工藝的發(fā)展而迅猛發(fā)展，成為新一代高溫度頻大功率器件。參考文獻(xiàn)[1] 陳涌海；王占國(guó)；葉小玲；納米半導(dǎo)體技術(shù)；北京化學(xué)工業(yè)出版社；2006年[2] （美）安德森（Anderson,.）。（美）安德森（Anderson,.）。半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)；清華大學(xué)出版社；2008年[3] 許振嘉；近代半導(dǎo)體材料的表面科學(xué)基礎(chǔ)；北京大學(xué)出版社；2002年[4] 許振嘉；半導(dǎo)體的檢測(cè)與分析；科學(xué)出版社；2007年[5] 王宗昌；王兢；半導(dǎo)體材料；科學(xué)出版社；2004年[6] 楊少延。柴春林。廖梅勇。劉志凱。姚振鈺。秦復(fù)光。王占國(guó)。GaN藍(lán)光材料新型外延襯底ZnO/Si的低能O~+離子束輔助PLD法生長(zhǎng)[A]。2000年材料科學(xué)與工程新進(jìn)展（下）——2000年中國(guó)材料研討會(huì)論文集[C]。2000年[7] 陳振。劉祥林。王曉暉。陸大成。袁海榮。韓培德。汪度。王占國(guó)。(1102)面藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)氮化鎵研究[A]。2000年材料科學(xué)與工程新進(jìn)展（下）——2000年中國(guó)材料研討會(huì)論文集[C]。2000年[8] 楊輝。張寶順。硅襯底GaN基發(fā)光材料與器件[A]。第九屆全國(guó)發(fā)光學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集[C]。2001年[9] 吳映紅。氮化鎵材料器件研制進(jìn)展[N]。中國(guó)電子報(bào)。2000年[10] 呂海濤。藍(lán)寶石襯底與GaN外延層中缺陷與雜質(zhì)的研究[D]。河北工業(yè)大學(xué)。2004年[11] 劉磊。GaN歐姆接觸與MSM結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器研究[D]。浙江大學(xué)。2004年[12] 李長(zhǎng)鳴；基于GaN、ZnO材料異質(zhì)結(jié)發(fā)光器的制備與研究；大理理工大學(xué)出版社；2010年[13] 袁明文。氮化鎵在光電子和微電子器件中的應(yīng)用[J]。半導(dǎo)體技術(shù)。2001年06期[14] 王沖。郝躍。馮倩。郭亮良。氮化鎵干法刻蝕研究進(jìn)展[J]。半導(dǎo)體技術(shù)。2006年06期[15] 李忠,魏芹芹,楊利,薛成山。氮化鎵薄膜的研究進(jìn)展[J]。微細(xì)加工技術(shù)。2003年04期[16] 楊燕,郝躍,張進(jìn)城,李培咸。GaN基微波半導(dǎo)體器件研究進(jìn)展[J]。西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)。2004年03期[17] 趙德勝。GaN基激光器pGaN歐姆接觸的研究[D]。長(zhǎng)春理工大學(xué)。2007年[18] 趙麗偉。滕曉云。郝秋艷。王海云。張帷。劉彩池。雙緩沖層對(duì)GaN外延層中缺陷的影響[A]。中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)第六屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C]。2005年[19] 梅菲。彭挺。劉昌。分子束外延生長(zhǎng)AlGaN／GaN高電子遷移率晶體管[A]。中國(guó)真空學(xué)會(huì)2006年學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C]。2006年[20] 李國(guó)強(qiáng)。GaN：半導(dǎo)體材料生力軍[N]。中國(guó)電子報(bào)。2002年[21] 李玉增。GaN基薄膜材料和器件的最新進(jìn)展[J]。半導(dǎo)體技術(shù)。1998年03期[22] 隋妍萍。GaN材料的射頻等離子體分子束外延生長(zhǎng)及其摻雜特性研究[D]。中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）。2006年 28 / 28