Ellipsometry Spettroscopico dei Semiconduttori Composti AlxGa1-xN/Eterostrutture di GaN Facendo Uso di Strumentazione da Horiba Scientifico - Pellicola Sottile

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I III-Nitruri del Gruppo e le loro leghe sono i materiali di promessa per le unità optoelettroniche a onde corte quali il LED, i laser a iniezione, i rivelatori fotoelettrici, gli schermi a colori completi e gli apparecchi elettronici come HFETs, i HEMTs, Ecc. Per la loro progettazione ed ottimizzazione una conoscenza dettagliata sia dello spessore del livello che dei beni ottici è essenziale. Ellipsometry Spettroscopico è un metodo ottico non distruttivo di caratterizzazione che permette la determinazione di questi parametri materiali richiesti.

Materiali

Un'eterostruttura tipica GaN/di AlGaN come usata per il LED ed i transistor è indicata nella Figura 1.

AlGaN 0.2-1 µm

Μm di GaN 1-2

Substrato dello Zaffiro

Figura 1. eterostruttura Tipica GaN/di AlGaN

Le pellicole di AlGaN e di GaN sono state depositate tramite MOCVD (di deposizione chimica in fase di vapore metallorganico) sui substrati dello zaffiro.

I seguenti campioni sono stati analizzati.

Campioni di Analisi della Tabella 1.

Campione

Struttura

Contenuto di Al in AlGaN %

1

GaN/Zaffiro

-

2

GaN/Zaffiro

-

3

AlGaN/GaN/Zaffiro

7

4

AlGaN/GaN/Zaffiro

16

5

AlGaN/GaN/Zaffiro

25

6

AlGaN/GaN/Zaffiro

5

7

AlGaN/GaN/Zaffiro

9

Risultati

Il lavoro è stato realizzato facendo uso del ellipsometer spettroscopico Scientifico MM-16 di HORIBA che fornisce i vantaggi significativi in termini di velocità, misura di alta risoluzione e versatilità sperimentale. Le misure Ellissometriche sono state realizzate ad angolo di un'incidenza di un ‹di 70  nell'ampiezza dello spettro 500nm- 800nm. Sia gli spessori che i beni ottici sono stati estratti simultaneamente dall'analisi di dati dell'ESPERTO IN INFORMATICA. Una Volta confrontata alle piattaforme convenzionali di ellipsometer, la Modulazione Ellipsometer del Cristallo Liquido consegna eccezionalmente l'alta precisione per gli angoli ellissometrici (µ, Δ) attraverso il loro intervallo completo in una misura, senza alcuni punti morti.

 

Figura 2. mostra il µ e gli spettri di Δ del campione 1.

Lo spessore e la dispersione del livello di GaN sono stati determinati dalla modellistica appropriata. Per questo campione il risultato è il seguente:

AlGaN 0.2-1 µm

Μm di GaN 1-2

Substrato dello Zaffiro

Figura 3. mostra gli spettri di Δ e di Ψ del campione 6.

Lo spessore e la dispersione sia del AlGaN che del livello di GaN sono stati determinati dalla modellistica appropriata. Per il campione 6 il risultato è il seguente:

3,6 nanometro Overlayer

462,1 nanometro AlGaN

1110,5 nanometro GaN

Substrato dello Zaffiro

Per la modellistica delle dispersioni ottiche una formula classica della dispersione dell'oscillatore di Lorentz è stata usata:

 

dove E=hω è l'energia del fotone.

La relazione di ε1 e di ε2 con N ed il K è: εÃ1 = n-k22 e ε=2nk2

La seguente tabella riassume i risultati trovati per i campioni nella lunghezza d'onda 500-800nm:

Risultati del Campione della Tabella 2.

Campione

Spessore GaN/nm

Spessore AlGaN/nm

N a 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 di rifrazione in funzione della lunghezza d'onda è indicato nella figura 4 per le concentrazioni differenti in Al.

 

Figura 4. Indice Di Rifrazione per varie concentrazioni in Al in AlGaN

Da questi dati una curva di calibratura può essere installata che permette la determinazione del contenuto di Al nel livello di AlGaN valutando la dispersione ottica del materiale (figura 5)

 

Figura 5. curva di Calibratura per concentrazione in Al in AlGaN

La concentrazione in Al può essere calcolata dalla seguente formula:

Conclusione

La Modulazione Ellipsometry Spettroscopico del Cristallo Liquido è una tecnica eccellente per la caratterizzazione altamente accurata dell'eterostruttura AlGaN/GaN a semiconduttore composto.

Facendo Uso del ellipsometer spettroscopico MM-16 è una procedura diretta per determinare lo spessore di pellicola e le dispersioni ottiche della struttura completa anche in cui la pellicola è parecchi micron spessi.

La conoscenza dettagliata dei parametri ottici delle leghe di AlGaN è cruciale per esempio per la progettazione delle unità optoelettroniche.

Ancora, dai parametri ottici una curva di calibratura ha potuto essere costruita per fornire una determinazione rapida ed efficiente del contenuto di Al nei livelli di AlGaN. Così Ellipsometry Spettroscopico egualmente prova una tecnica non distruttiva per la determinazione della composizione nella lega di AlGaN.

Questo metodo può applicarsi ugualmente ad altri semiconduttori composti quale SiGe, ai semiconduttori di II-VI o ai semiconduttori classici di III-V.

Sorgente: HORIBA Scientifico - Divisione delle Pellicole Sottili

Per ulteriori informazioni su questa sorgente visualizzi prego HORIBA Scientifico - Divisione delle Pellicole Sottili

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

Last Update: 15. July 2013 16:07

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