【正文】 是最常用的襯底，目前絕大多數(shù)的GaN基發(fā)光二極管（LED）和激光器(LD)都是外延在c面藍(lán)寶石襯底上。因此，在GaN薄膜外延生長(zhǎng)過(guò)程中，控制生長(zhǎng)高質(zhì)量的緩沖層是減少位錯(cuò)密度、制備高質(zhì)量薄膜的關(guān)鍵。在緩沖層升溫過(guò)程中，表面原子遷移和蒸發(fā)可使線位錯(cuò)缺陷彎曲或消失，這一過(guò)程對(duì)于減少線位錯(cuò)至關(guān)重要。采用鄰晶面襯底可實(shí)現(xiàn)臺(tái)階流動(dòng)模式SK生長(zhǎng)GaN薄膜，從而有效抑制螺旋位錯(cuò)的形成。在緩沖層升溫過(guò)程中，表面原子遷移和蒸發(fā)使線位錯(cuò)缺陷彎曲或消失，出現(xiàn)第二次應(yīng)變能釋放過(guò)程，這一過(guò)程對(duì)于減少線位錯(cuò)至關(guān)重要。由于GaN與藍(lán)寶石襯底的晶格失配，自組織的微晶結(jié)構(gòu)通過(guò)傾斜或旋轉(zhuǎn)變向釋放應(yīng)變能量。通過(guò)原位真實(shí)時(shí)間SE圖譜分析發(fā)現(xiàn)，在GaN薄膜外延生長(zhǎng)過(guò)程中，出現(xiàn)兩次應(yīng)變能釋放的過(guò)程。由圖中ε1譜可見，從標(biāo)示D開始鄰晶面襯底外延層生長(zhǎng)出現(xiàn)均勻光滑的因厚度變化引起的干涉峰谷譜線。結(jié)果導(dǎo)致外延層形成丘狀螺旋結(jié)構(gòu)，引起表面粗糙。這可能就是常規(guī)藍(lán)寶石襯底MBE外延生長(zhǎng)GaN薄膜出現(xiàn)較高位錯(cuò)密度的機(jī)制。對(duì)比分析兩種襯底生長(zhǎng)GaN薄膜的原位SE光譜的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)兩種襯底在氮化和緩沖層生長(zhǎng)時(shí)都出現(xiàn)應(yīng)變能釋放弛豫過(guò)程；但兩種襯底的兩次應(yīng)變能釋放過(guò)程顯著不同，尤其是第二次應(yīng)變能釋放時(shí)。隨后700nm，450nm和370nm的3種探測(cè)波長(zhǎng)的SE光譜中ε1急劇上升表明GaN外延層厚度的增加導(dǎo)致干涉效應(yīng)波長(zhǎng)為700nm和450nm的探測(cè)光隨時(shí)間出現(xiàn)周期性振蕩。隨著緩沖層的厚度增加和遷移增強(qiáng)外延（MEE）技術(shù)的應(yīng)用緩沖層表面趨于光滑，SE譜急劇上升直到出現(xiàn)峰值，見圖中B處；然后趨于平緩下降，緩沖層生長(zhǎng)結(jié)束。在這個(gè)SK模式生長(zhǎng)階段，所形成的島尺度約幾十個(gè)納米；此時(shí)SE光譜的變化與緩沖層的厚度及粗糙度相關(guān)，較長(zhǎng)的探測(cè)光波長(zhǎng)達(dá)到峰值較晚。當(dāng)應(yīng)變能釋放時(shí)，在沉積物與界面處的高能量激發(fā)島形成。大約生長(zhǎng)幾個(gè)單原子層后達(dá)到峰值，然后ε1開始下降，表明GaN緩沖層以層狀和島狀混合模式即SK模式開始生長(zhǎng)。圖1為常規(guī)藍(lán)寶石襯底生長(zhǎng)1號(hào)樣品生長(zhǎng)過(guò)程原位SEε1圖譜，圖2為鄰晶面藍(lán)寶石襯底生長(zhǎng)過(guò)程原位SEε1圖譜。在有效界面近似條件下，通過(guò)選用適當(dāng)模型采用FastDyn數(shù)據(jù)處理運(yùn)算程序進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，獲得了MBE生長(zhǎng)GaN薄膜的基本光學(xué)常數(shù)譜。再由（1）式，（2）式即可得出被測(cè)樣品在相應(yīng)波長(zhǎng)的介電常數(shù)的實(shí)部ε1 和虛部ε2 。對(duì)于橢圓偏振光其反射光的振幅反射系數(shù)之比為（5）式中tanψ為入射面內(nèi)偏振的電矢量與垂直于入射面內(nèi)偏振的電矢量的相對(duì)振幅衰減，△為反射引起的兩個(gè)電矢量間的相位差。這種極化過(guò)程存在的能量損耗通常用相對(duì)復(fù)介電常數(shù)來(lái)描述，此時(shí)相對(duì)介電常數(shù)εr為虛數(shù)，可假定εr=ε1 +iε2 ,材料的基本化學(xué)常數(shù)折射率n和消光系數(shù)K以及相對(duì)介電常數(shù)的實(shí)部ε1 和虛部ε2 都是入射光波長(zhǎng)的函數(shù)，折射率和小光系數(shù)與復(fù)介電常數(shù)的函數(shù)關(guān)系式為光經(jīng)過(guò)兩種兩種介質(zhì)界面時(shí)的反射和透射光強(qiáng)與材料的光學(xué)常數(shù)相聯(lián)系。對(duì)于離子鍵成分占39%的GaN半導(dǎo)體材料，GaN分子在極化過(guò)程中總是存在損耗。本文通過(guò)對(duì)比分析藍(lán)寶石常規(guī)和鄰晶面襯底MBE生長(zhǎng)GaN薄膜中的線原位橢偏(SE)光譜，研究探討了外延層中應(yīng)變能釋放過(guò)程和位錯(cuò)缺陷生成機(jī)制。理論分析認(rèn)為，MBE生長(zhǎng)GaN過(guò)程中產(chǎn)生的較高的位錯(cuò)密度是丘狀螺旋生長(zhǎng)的起源，而Ga原子的擴(kuò)散長(zhǎng)度較短導(dǎo)致表面擴(kuò)散受限，可能是較高的位錯(cuò)密度產(chǎn)生的主要原因。MBE是制備高質(zhì)量GaN薄膜的重要技術(shù)之一，特別是可原為監(jiān)控生長(zhǎng)過(guò)程，制備的薄膜材料可廣泛應(yīng)用于各種光電探測(cè)器和微電子器件。GaN單晶薄膜中的線位錯(cuò)缺陷形成的散射中心影響發(fā)光器件的性能；螺旋型線位錯(cuò)在其中心可形成納米尺度的管道，這些納米級(jí)的空洞對(duì)接觸金屬、摻雜劑和其他雜質(zhì)形成擴(kuò)散通道，嚴(yán)重影響器件的電學(xué)性質(zhì)。但由于GaN外延層與藍(lán)寶石襯底之間的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)失配，致使在GaN單晶薄膜異質(zhì)外延中，產(chǎn)生大量的結(jié)構(gòu)缺陷。GaN基LD的發(fā)展也必將帶動(dòng)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，可以說(shuō)是未來(lái)經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，因此世界許多公司都競(jìng)相投入到GaN基LD的開發(fā)與研制活動(dòng)中心，氮化物基LD的前景一片光明。高輸出功率單模連續(xù)波GaN LD的較高功率可使打印速度提高及圖像性能改善。GaN LD的迅速發(fā)展也將影響到未來(lái)的印刷業(yè)，未來(lái)打印機(jī)技術(shù)受速度、色彩、分辨率、電力消耗和多功能等多種要求的影響。而應(yīng)用藍(lán)光LD可以大幅度增加信息的光存儲(chǔ)密度。盡管這是第一個(gè)利用藍(lán)光LD的商品，但是在許多應(yīng)用領(lǐng)域也取得了進(jìn)展。在開發(fā)藍(lán)光LD的進(jìn)程中談?wù)撟疃嗟膽?yīng)用是光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，但元件的首次應(yīng)用卻是在一個(gè)完全不同的領(lǐng)域——光譜學(xué)。這種等離子體采用射頻（），在不銹鋼/石英反應(yīng)器中輝光放電，其量大的射頻功率為5KW，已經(jīng)成功開發(fā)了表面質(zhì)量和刻蝕速率均為最佳的條件；采用純CCl: N2=1:1，~，流量12~60sccm，其最快的刻蝕速率約為20nm/分。這表明干法刻蝕工藝適合于制作激光器的端面和鏡面。Ping等人報(bào)道了利用Ar離子和HCl氣體化學(xué)增速離子束刻蝕MOCVD GaN的研究情況，研究了刻蝕速率與離子束能量和襯底低溫的關(guān)系。A這是目前所報(bào)道的pGaN接觸的最低接觸電阻。104Ω下面的圖5示出了pGaN的Ni/Pt/Au接觸的LV特性。cm178。pGaN的已淀積和退火Pt/Ni/Au接觸都顯示出線性的電流電壓特性，說(shuō)明形成了高質(zhì)量的歐姆接觸。JaSoon Jang等人報(bào)道了中等摻雜p型GaN結(jié)果表明在Ar流動(dòng)氣氛下在500℃下退火30秒時(shí)，這種金屬接觸屬歐姆接觸，102Ωcm178。Trexler等人研究了pGaN的Ni/Au和Pd/Au金屬化。這些問(wèn)題導(dǎo)致了接觸電阻大于102Ω第一種來(lái)自生長(zhǎng)重?fù)诫spGaN（1018cm1）方面的困難。的低接觸電阻，這對(duì)于光學(xué)或電子器件工作來(lái)說(shuō)已足夠好。對(duì)于nGaN歐姆接觸而言，廣泛研究的是Ti或AlJ基金屬化方法（如Al,Ti/Al，Ti/Au,Ti/Al/Ni/Au和Pd/Al）.在這些金屬化方法中實(shí)現(xiàn)了103~108Ω 歐姆接觸由于GaN基器件如發(fā)光二極管、激光二極管和MESFET及HEMT的開發(fā)成功，制作電阻較低、可靠性良好的高質(zhì)量歐姆接觸的技術(shù)意義就顯得更為重要。通過(guò)除去藍(lán)寶石襯底可得到獨(dú)立的GaN晶片。目前ELOG技術(shù)已經(jīng)用于藍(lán)光LD，并獲得了滿意的結(jié)果。最近有人提出了外延橫向過(guò)生長(zhǎng)GaN（Epitaxial Lateral Overgrowth GaN ELOG）襯底和端面開始的外延橫向過(guò)生長(zhǎng)技術(shù)（Faced Initiated Epitaxial Lateral Overgrowth FIELO）。SiC材料的缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴。目前以藍(lán)寶石為襯底的GaN/GaInN藍(lán)綠光LED已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商品化，藍(lán)光LD也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)室溫條件下的連續(xù)波工作。其制備工藝成熟、價(jià)格較低、易于清理和處理，而且在高溫下具有很好的穩(wěn)定性，可以大尺寸穩(wěn)定生長(zhǎng)。藍(lán)寶石襯底是目前使用最為普遍的一種襯底材料。此外還要考慮到材料的尺寸和價(jià)格等問(wèn)題。襯底的種類和質(zhì)量對(duì)外延影響很大。盡管人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到缺乏本體襯底是氮化物研究的主要障礙，然而因?yàn)楸倔w生長(zhǎng)被認(rèn)為是勞而無(wú)功的事情，所以從事這方面研究的人員很少。MOVPE技術(shù)是目前使用最多，材料和器件質(zhì)量最高的生長(zhǎng)方法。MBE生長(zhǎng)Ⅲ族氮化物的速度較慢，可以精確控制膜厚，但對(duì)于外延層較厚的器件如LED和LD來(lái)說(shuō)，生長(zhǎng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的要求。采用MBE生長(zhǎng)GaN及異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)點(diǎn)一是低溫生長(zhǎng)，一般在700C左右，從而避免了擴(kuò)散問(wèn)題；二是生長(zhǎng)后無(wú)需進(jìn)行熱處理。HVPE主要用于改進(jìn)MOVPE生長(zhǎng)的LED結(jié)構(gòu)以提高光效率，或改進(jìn)MBE生長(zhǎng)的LD結(jié)構(gòu)，使其具有較低的串連電阻和較好的解理。HVPE以GaCl3為Ga源，NH3為N源，可以在1000C左右在藍(lán)寶石襯底上快速生長(zhǎng)質(zhì)