Spektralanalytisches Ellipsometry von Verbindungshalbleitern AlxGa1-xN/von GaN-Heterostrukturen Unter Verwendung des Geräts von Horiba Wissenschaftlich - Dünnfilm

Themen Umfaßt

Hintergrund
Materialien
Ergebnisse
Schlussfolgerung

Hintergrund

Gruppe III-Nitride und ihre Legierungen sind die viel versprechendsten Materialien für kurzwellige optoelektronische Einheiten wie LED, Laser-Dioden, Fotodetektoren, farbenreiche Bildschirmanzeigen und elektronische Geräte wie HFETs, HEMTs, Usw. Für ihre Auslegung und Optimierung sind ausführlichen Kenntnisse der Schichtstärke und der optischen Eigenschaften wesentlich. Spektralanalytisches Ellipsometry ist eine zerstörungsfreie optische Kennzeichnungsmethode, die Bestimmung dieser erforderlichen materiellen Parameter erlaubt.

Materialien

Eine typische Heterostruktur AlGaN/GaN, wie für LED und Transistoren verwendet wird in Abbildung 1. gezeigt.

AlGaN 0.2-1 µm

Μm GaN 1-2

Saphirsubstratfläche

Abbildung 1. Typische AlGaN/GaN-Heterostruktur

Die Filme GaN und AlGaN wurden durch MOCVD (metalorganic Absetzung des chemischen Dampfes) auf Saphirsubstratflächen abgegeben.

Die folgenden Proben wurden analysiert.

Tabelle 1. Analyseproben

Probe

Zelle

Alinhalt in AlGaN %

1

GaN/Saphir

-

2

GaN/Saphir

-

3

AlGaN/GaN/Saphir

7

4

AlGaN/GaN/Saphir

16

5

AlGaN/GaN/Saphir

25

6

AlGaN/GaN/Saphir

5

7

AlGaN/GaN/Saphir

9

Ergebnisse

Die Arbeit wurde unter Verwendung des Wissenschaftlichen spektralanalytischen ellipsometer MM-16 HORIBA durchgeführt, das beträchtliche Vorteile im Hinblick auf Drehzahl, Maß der hohen Auflösung und experimentelle Vielseitigkeit zur Verfügung stellt. Ellipsometric Maße wurden schräg vom Vorkommen von 70  ‹im Spektralbereich 500nm- 800nm durchgeführt. Wurden die Stärken und die optischen Eigenschaften gleichzeitig von der SE-Datenanalyse extrahiert. Wenn sie mit herkömmlichen ellipsometer Plattformen verglichen wird, entbindet die Flüssigkristall-Modulation Ellipsometer außergewöhnlich hohe Genauigkeit für die ellipsometric Winkel (µ, Δ) über ihrer vollständigen Auswahl in einem Maß, ohne irgendwelche Toträume.

 

Abbildung 2. zeigt das µ und Δ-Spektren von Probe 1.

Die Stärke und die Streuung der GaN-Schicht wurden durch die passende Formung bestimmt. Für diese Probe ist das Ergebnis das folgende:

AlGaN 0.2-1 µm

Μm GaN 1-2

Saphirsubstratfläche

Abbildung 3. zeigt die Ψ- und Δ-Spektren von Probe 6.

Die Stärke und die Streuung des AlGaN und der GaN-Schicht wurden durch die passende Formung bestimmt. Für Probe 6 ist das Ergebnis das folgende:

3,6 nm Overlayer

462,1 nm AlGaN

1110,5 nm GaN

Saphirsubstratfläche

Für die Formung der optischen Streuungen wurde eine klassische Lorentz-Oszillator-Streuungsformel verwendet:

 

wo E=hω die Photonenenergie ist.

Die Beziehung von ε1 und von ε2 mit N und K ist: εÃ1 = n-k22 und ε=2nk2

Der folgende Tisch fasst die Ergebnisse zusammen, die für die Proben im Wellenlängenbereich 500-800nm gefunden werden:

Tabelle 2. Beispielergebnisse

Probe

Stärke GaN/nm

Stärke AlGaN/nm

N an 633nm

εS

ωt

„C0

1

2402

0

2,361

5,19

6,76

0,1

2

2466

0

2,353

5,16

6,78

0,1

3

1283

332

2,331

5,07

6,85

0,2

4

1180

254

2,299

5,00

7,56

0,3

5

1128

401

2,292

4,93

7,11

0,5

6

1111

462

2,340

5,09

6,68

0,2

7

1124

602

2,336

5,08

6,75

0,2

Der Brechungskoeffizient als Funktion der Wellenlänge wird in Abbildung 4 für verschiedene Alkonzentrationen gezeigt.

 

Abbildung 4. Brechungskoeffizient für verschiedene Alkonzentrationen in AlGaN

Von diesen Daten kann eine Eichkurve montiert werden, die die Bestimmung des Alinhalts in der AlGaN-Schicht erlaubt, indem es die optische Streuung des Materials auswertet (Abbildung 5)

 

Abbildung 5. Eichkurve für Alkonzentration in AlGaN

Die Alkonzentration kann durch die folgende Formel berechnet werden:

Schlussfolgerung

Flüssigkristall Modulation Spektralanalytisches Ellipsometry ist eine ausgezeichnete Technik für die in hohem Grade genaue Kennzeichnung der Verbindungshalbleiterheterostruktur AlGaN/GaN.

Unter Verwendung des spektralanalytischen ellipsometer MM-16 ist es eine Geradeausprozedur, zum der Dicke und der optischen Streuungen der kompletten Zelle zu bestimmen, sogar in der der Film einige Mikrons stark ist.

Die ausführlichen Kenntnisse der optischen Parameter von AlGaN-Legierungen sind zum Beispiel für die Auslegung von optoelektronischen Einheiten entscheidend.

Außerdem aus den optischen Parametern konnte eine Eichkurve hergestellt werden, um eine schnelle und effiziente Bestimmung des Alinhalts in den AlGaN-Schichten zur Verfügung zu stellen. So prüft Spektralanalytisches Ellipsometry auch eine zerstörungsfreie Technik für AlGaN-Legierungs-Zusammensetzungsbestimmung.

Diese Methode kann an anderen Verbindungshalbleitern wie SiGe, AN II-VI Halbleitern oder an klassischen III-V Halbleitern in gleicher Weise angewendet werden.

Quelle: HORIBA Wissenschaftlich - Dünnfilm-Abteilung

Zu mehr Information über diese Quelle Wissenschaftliches bitte besuchen Sie HORIBA - Dünnfilm-Abteilung

Date Added: May 21, 2008 | Updated: Jul 15, 2013

Last Update: 15. July 2013 16:03

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