AIGaN／GaN异质结构的X射线衍射研究.PDF

维普资讯 第27卷 第6期 核 技 术 Vo1．27，No．6 2004年6月 NUCLEARTECHNIQUES June20o4 AIGaN／GaN异质结构的X射线衍射研究 谭伟石 ， 徐 金 蔡宏灵 沈 波 吴小山 蒋树声 郑文莉 贾全杰 1(南京理工大学理学院应用物理系 南京 210094) 2(南京大学固体微结构物理国家重点实验室 南京大学物理系 南京 210093) 3(中国科学院高能物理研究所 北京 100039) 摘要 在 (0001)取向的蓝宝石 (0c．A1203)基片上用金属有机物化学气相沉积 (MOCVD)方法生长了势垒层 厚度为 1000A的AIo-22Gao-78N／GaN异质结构，利用高分辨 x射线衍射 (HRXRD)技术测量了样品的对称反 射 (0002)和非对称反射 (1014)的倒易空间Mapping(RSM)。结果表明，样品势垒层的内部微结构与应变状 态和下层 i-GaN 的微结构与应变状态互相关联。样品势垒层的微应变已经发生弛豫 ，而且具有一种 “非常规” 应变弛豫状态 ，这种弛豫状态的来源可能与n．AIGaN的内部缺陷以及i-GaNla-Al203界面应变弛豫状态有关 。 掠入射 x射线衍射研究表明样品内部的应变是不均匀的，由表层的横向压应变状态过渡到下层的张应变状态， 与根据倒易空间Mapping分析得到的结果一致 。 关键词 AIGaN／GaN异质结构，倒易空间Mapping，应变弛豫，掠入射 x射线衍射 中图分类号 0472．3 以GaN 为代表的Ⅲ族氮化物宽带隙半导体材 用金属有机物化学气相沉积 (MOCVD)方法在 料具有优良的特性和诱人的应用前景。近年来的一 (0001)取向的蓝宝石 (0c—AI2O3)基片上生长而成。 系列重大突破I1_4使人们有理由相信，GaN系列材 样品结构和生长工艺参数为：首先在 488oC生长一 料是继si和GaAs系列材料之后又一种能对高技术 层GaN缓冲层，然后在 1071oC生长一层2．0~tm厚 领域产生重要影响的半导体材料。基于A1GaN ／GaN 的未特意掺杂的GaN(i-GaN)，接着再生长一层约 异质结构的场效应晶体管 (HFETs)在大功率短波 3nm厚的未特意掺杂的Alo-22Gao．78N (i-AIGaN)，最 长耐高温电子器件方面的应用研究已经得到飞速发 后在 1080~C生长si掺杂的Alo-22Gaol78N (n—AIGaN) 展 一。A1GaN／GaN异质结构内部的应变来源于两 作为势垒层。本文所研究样品的n—AIGaN势垒层厚 种材料之间的晶格失配以及不同的热膨胀系数，而 度为 1000A。常规x射线衍射实验(0／20~描)表明 这种应变及其弛豫 (Relaxation)状态会影响材料的 AIGaN／GaN异质结构沿(OOO1)方向生长。 压电极化程度和使用性能8_【1Ⅲ，所以，测量和表征 倒易空间 Mapping(RSM)表示的是倒易阵点 AIGaN／GaN异质结构的微应变状态对于优化其生 (RLP)周围散射强度的分布情况。本文测量了样品 长制备工艺和材料成份设计是很重要的。文献报道 的对称反射 (0002)和非对称反射 (10l4)的倒易空 的结果大多是利用卢瑟福背散射、x射线衍射和透 间 Mapping。记 为倒易空间中相对于严格满足 射电子显微镜技术对未掺杂的单层GaN薄膜、GaN Bragg条件的倒易阵点的偏移量，其坐标为 (q，