[发明专利]c面GaN材料应力沿c轴分布信息的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体材料结晶质量的测量方法，特别是一种c面GaN材料应力沿c轴分布信息的测量方法，可用来分析GaN材料应力沿c轴的分布。

技术背景

以GaN材料为主要代表的第三代半导体以其宽带隙、高电子迁移率等优点而被广泛应用于高频、大功率领域。目前，在高质量的GaN单晶材料制备方面依然有很多难题没有解决，主流的制备方法是采用异质外延，比如在蓝宝石、碳化硅衬底上外延。然而，由于GaN材料和衬底之间存在晶格失配和热膨胀系数失配，在衬底上外延生长的GaN材料必然会具有较大的应力。研究应力在材料中的分布对探索应力的形成和释放机理、材料缺陷的形成和湮灭过程等具有重要意义，而获取应力在材料中的分布信息是进行应力研究的前提。

目前，可对c面GaN材料的应力进行测量的设备有拉曼散射仪、卢瑟福背散射仪和高分辨率x射线衍射仪。

拉曼散射仪是一种可对c面GaN材料应力沿c轴分布的信息进行测量的设备，参见T.Mitani,S.Nakashima,H.Okumura,and A.Ogura.Depth profiling of strain and defects in SiSi_1-xGe_xSi heterostructures by microRaman imaging.Journal of Applied Physics100,073511(2006)。这种方法虽然可以直接获取c面GaN材料应力沿c轴的分布信息，但测量前首先需要对被测材料进行切片，这对被测材料造成的损伤是不可逆转的。

卢瑟福背散射仪可以对c面GaN材料应力沿c轴分布的信息进行无损测量，参见Y.Lu,G.W.Cong,X.L.Liu,D.C.Lu,et al.Depth distribution of the strain in the GaN layer with low-temperature AlN interlayer on Si(111)substrate studied by Rutherford backscattering/channeling.Applied Physics Letters85,5562(2004)。这种方法虽然对被测材料造成的损伤非常小，但是由于设备价格高昂，使用不广泛，因此该测量不具有广泛应用价值。

高分辨率X射线衍射仪HRXRD是一种对被测材料无损伤的测量设备。传统的采用HRXRD对c面GaN材料应力进行测量的步骤为：(1)对垂直于c轴的晶面如(0004)晶面做对称2θ-ω扫描，获取该晶面的面间距，进而计算出沿c轴方向的应变ε^⊥；(2)对与c轴有一定夹角的晶面如晶面、晶面做掠入射衍射，获取该晶面的面间距，结合(1)计算出的ε^⊥算出面内应变ε^//。[参见许振嘉主编《半导体的检测与分析(第二版)》.]然而，无论是对称2θ-ω扫描还是掠入射2θ-ω扫描，x射线的透射深度都是固定的，因此这种方法给出的沿c轴方向的应力分量ε^⊥和c面面内应力分量ε^//仅能近似反映被测材料在一个固定的x射线透射深度下所受应力的大小，无法给出应力沿c轴的精细分布信息，不能用来精确分析应力影响材料结晶质量的机理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种c面GaN材料应力沿c轴分布信息的测量方法，以解决现有技术不能用x射线衍射仪获取应力沿c轴分布的信息这一问题。

实现本发明的技术关键是：在c面GaN材料的晶面组中选择具有较高出光强度、且晶面倾角略大于其Bragg角的晶面，通过使用三轴晶衍射对该晶面在不同x射线透射深度下做2θ-ω扫描，获取应力沿c轴分布的信息。其技术步骤如下：

(1)将c面GaN材料水平放置于x射线衍射仪的载物台，该载物台设有三个转动轴，分别为ω轴、χ轴和φ轴，其中，ω轴平行于载物台，且垂直于x射线入射光束与x射线探测器组成的平面，χ轴平行于载物台，且与ω轴垂直，φ轴垂直于载物台；探测器可绕与ω轴重合的2θ轴旋转；

(2)依次对所述GaN材料中的(0002)晶面和晶面进行对光；