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Ellipsometry Espectroscópico de los Semiconductores Compuestos AlxGa1-xN/de las Heteroestructuras de GaN Usando el Equipo de Horiba Científico - Película Fina

Temas Revestidos

Antecedentes
Materiales
Resultados
Conclusión

Antecedentes

Los III-Nitruros del Grupo y sus aleaciones son los materiales más prometedores para los dispositivos optoelectrónicos de la corto-longitud de onda tales como LED, laseres de inyección, fotodetectores, visualizaciones a todo color y dispositivos electrónicos como HFETs, los HEMTs, el Etc. Para su diseño y optimización un conocimiento detallado del espesor de la capa y de las propiedades ópticas es esencial. Ellipsometry Espectroscópico es un método óptico no destructivo de la caracterización que permite la determinación de estos parámetros materiales requeridos.

Materiales

Una heteroestructura típica de AlGaN/de GaN según lo utilizado para el LED y los transistores se muestra en el Cuadro 1.

AlGaN 0.2-1 µm

Μm de GaN 1-2

Substrato del Zafiro

Cuadro 1. heteroestructura Típica de AlGaN/de GaN

Las películas de GaN y de AlGaN fueron depositadas por el MOCVD (deposición de vapor químico metalorgánica) en los substratos del zafiro.

Las muestras siguientes eran analizadas.

Muestras del Análisis del Cuadro 1.

Muestra

Estructura

Contenido del Al en AlGaN %

1

GaN/Zafiro

-

2

GaN/Zafiro

-

3

AlGaN/GaN/Zafiro

7

4

AlGaN/GaN/Zafiro

16

5

AlGaN/GaN/Zafiro

25

6

AlGaN/GaN/Zafiro

5

7

AlGaN/GaN/Zafiro

9

Resultados

El trabajo fue realizado usando el ellipsometer espectroscópico Científico MM-16 de HORIBA que proporciona a ventajas importantes en términos de velocidad, medición de alta resolución y flexibilidad experimental. Las mediciones Elipsométricas fueron realizadas en ángulo de incidencia del ‹de 70  en el rango espectral 500nm- 800nm. Los espesores y las propiedades ópticas fueron extraídos simultáneamente del análisis de datos del SE. Cuando está comparada a las plataformas convencionales del ellipsometer, la Modulación Ellipsometer del Cristal Líquido entrega la exactitud excepcionalmente alta para los ángulos elipsométricos (µ, Δ) a través de su gama completa en una medición, sin ningunas manchas muertas.

 

El Cuadro 2. muestra el µ y espectros de Δ de la muestra 1.

El espesor y la dispersión de la capa de GaN fueron determinados por el modelado apropiado. Para esta muestra el resultado es el siguiente:

AlGaN 0.2-1 µm

Μm de GaN 1-2

Substrato del Zafiro

El Cuadro 3. muestra los espectros de Ψ y de Δ de la muestra 6.

El espesor y la dispersión del AlGaN y de la capa de GaN fueron determinados por el modelado apropiado. Para la muestra 6 el resultado es el siguiente:

3,6 nanómetro Overlayer

462,1 nanómetro AlGaN

1110,5 nanómetro GaN

Substrato del Zafiro

Para el modelado de las dispersiones ópticas una fórmula clásica de la dispersión del oscilador de Lorentz fue utilizada:

 

donde está la energía E=hω del fotón.

La relación del ε1 y del ε2 con n y k es: εÃ1 = n-k22 y ε=2nk2

El vector siguiente resume los resultados encontrados para las muestras en el rango de longitud de onda 500-800nm:

Resultados de la Muestra del Cuadro 2.

Muestra

Espesor GaN/nm

Espesor AlGaN/nm

n en 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

El Índice de refracción en función de la longitud de onda se muestra en el cuadro 4 para diversas concentraciones del Al.

 

Cuadro 4. Índice De Refracción para las diversas concentraciones del Al en AlGaN

De estos datos una curva de calibración puede ser fijada que permite la determinación del contenido del Al en la capa de AlGaN evaluando la dispersión óptica del material (cuadro 5)

 

Cuadro 5. curva de Calibración para la concentración del Al en AlGaN

La concentración del Al se puede calcular por la fórmula siguiente:

Conclusión

La Modulación Ellipsometry Espectroscópico del Cristal Líquido es una técnica excelente para la caracterización altamente exacta de la heteroestructura AlGaN/GaN del semiconductor compuesto.

Usando el ellipsometer espectroscópico MM-16 es un procedimiento directo para determinar el espesor del film y las dispersiones ópticas de la estructura completa incluso donde está varios micrones la película gruesos.

El conocimiento detallado de los parámetros ópticos de las aleaciones de AlGaN es crucial por ejemplo para el diseño de dispositivos optoelectrónicos.

Además, de los parámetros ópticos una curva de calibración se podía construir para proporcionar a una determinación rápida y eficiente del contenido del Al en las capas de AlGaN. Así Ellipsometry Espectroscópico también prueba una técnica no destructiva para la determinación de la composición de la aleación de AlGaN.

Este método se puede aplicar igualmente a otros semiconductores compuestos tales como SiGe, a semiconductores de II-VI o a semiconductores clásicos de III-V.

Fuente: HORIBA Científico - División de las Películas Finas

Para más información sobre esta fuente visite por favor HORIBA Científico - División de las Películas Finas

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

Last Update: 15. July 2013 16:35

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