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Ellipsometry Spectroscopique des Semi-conducteurs Composés AlxGa1-xN/des Hétérostructures de GaN Utilisant le Matériel de Horiba Scientifique - Film Mince

Sujets Couverts

Mouvement Propre
Matériaux
Résultats
Conclusion

Mouvement Propre

Les III-Nitrures de Groupe et leurs alliages sont les matériaux les plus prometteurs pour les dispositifs optoélectroniques à ondes courtes tels que des LED, des lasers à injection, des détecteurs photoélectriques, des affichages polychromes et des appareils électroniques comme HFETs, HEMTs, Etc. Pour leur design et optimisation une connaissance détaillée de l'épaisseur de couche et des propriétés optiques sont essentielle. Ellipsometry Spectroscopique est une méthode optique non destructive de caractérisation qui permet la détermination de ces paramètres matériels exigés.

Matériaux

Une hétérostructure typique d'AlGaN/GaN comme utilisée pour des LED et des transistors est affichée sur le Schéma 1.

AlGaN 0.2-1 µm

Μm de GaN 1-2

Substrat de Saphir

Le Schéma 1. hétérostructure Particulière d'AlGaN/GaN

Les films de GaN et d'AlGaN ont été déposés par MOCVD (déposition en phase vapeur métallo-organique) sur des substrats de saphir.

Les échantillons suivants se sont analysés.

Échantillons d'Analyse du Tableau 1.

Échantillon

Structure

Teneur d'Al dans 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

Résultats

Le travail a été effectué utilisant l'ellipsometer MM-16 spectroscopique Scientifique de HORIBA qui fournit des avantages importants en termes de vitesse, mesure de haute résolution et souplesse expérimentale. Des mesures Ellipsométriques ont été exécutées sous un angle de l'incidence du ‹de 70  dans le domaine spectral 500nm- 800nm. Les épaisseurs et des propriétés optiques ont été extraites simultanément de l'analyse de données d'EXPERT EN LOGICIEL. Si comparée aux plates-formes conventionnelles d'ellipsometer, la Modulation Ellipsometer de Cristal Liquide ne livre particulièrement de grande précision pour les cornières ellipsométriques (µ, Δ) en travers de leur large éventail dans une mesure, sans aucun endroit mort.

 

Le Schéma 2. affiche le µ et des spectres de Δ de l'échantillon 1.

L'épaisseur et la dispersion de la couche de GaN ont été déterminées par la modélisation appropriée. Pour cet échantillon le résultat est le suivant :

AlGaN 0.2-1 µm

Μm de GaN 1-2

Substrat de Saphir

Le Schéma 3. affiche les spectres de Ψ et de Δ de l'échantillon 6.

L'épaisseur et la dispersion de l'AlGaN et de la couche de GaN ont été déterminées par la modélisation appropriée. Pour l'échantillon 6 le résultat est le suivant :

3,6 nanomètre Overlayer

462,1 nanomètre AlGaN

1110,5 nanomètre GaN

Substrat de Saphir

Pour la modélisation des dispersions optiques une formule classique de dispersion d'oscillateur de Lorentz a été utilisée :

 

là où E=hω est l'énergie de photon.

Le rapport du ε1 et du ε2 avec N et k est : εÃ1 = n-k22 et ε=2nk2

La table suivante récapitule les résultats trouvés pour les échantillons dans la gamme de longueurs d'onde 500-800nm :

Résultats d'Échantillon du Tableau 2.

Échantillon

Épaisseur GaN/nm

Épaisseur AlGaN/nm

n à 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

L'Indice de réfraction en fonction de la longueur d'onde est affiché sur le schéma 4 pour différentes concentrations en Al.

 

Le Schéma 4. Indice De Réfraction pour différentes concentrations en Al dans AlGaN

De ces données on peut installer une courbe d'étalonnage qui permet la détermination du teneur d'Al dans la couche d'AlGaN en évaluant la dispersion optique du matériau (le schéma 5)

 

Le Schéma 5. courbe d'Étalonnage pour la concentration en Al dans AlGaN

La concentration en Al peut être prévue par la formule suivante :

Conclusion

La Modulation Ellipsometry Spectroscopique de Cristal Liquide est une excellente technique pour la caractérisation hautement précise de l'hétérostructure de semi-conducteur composé AlGaN/GaN.

Utilisant l'ellipsometer MM-16 spectroscopique c'est une procédure droite pour déterminer l'épaisseur de film et les dispersions optiques de la structure complète même où le film est plusieurs microns épais.

La connaissance détaillée des paramètres optiques des alliages d'AlGaN est essentielle par exemple pour le design des dispositifs optoélectroniques.

En Outre, des paramètres optiques une courbe d'étalonnage a pu être construite pour fournir une détermination rapide et efficace du teneur d'Al dans les couches d'AlGaN. Ainsi Ellipsometry Spectroscopique prouve également une technique non destructive pour la détermination de composition en alliage d'AlGaN.

Cette méthode peut être également appliquée à d'autres semi-conducteurs composés tels que SiGe, à semi-conducteurs d'II-VI ou à semi-conducteurs classiques d'III-V.

Source : HORIBA Scientifique - Division de Films Minces

Pour plus d'informations sur cette source visitez s'il vous plaît HORIBA Scientifique - Division de Films Minces

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

Last Update: 15. July 2013 15:59

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