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Gruppo III-Nitruri e loro leghe sono i materiali più promettenti a breve lunghezza d'onda dispositivi optoelettronici come i LED, laser iniezione, fotorivelatori, display a colori e dispositivi elettronici come HFETs, HEMT, ecc Per la loro progettazione e ottimizzazione di una conoscenza dettagliata sia lo spessore dello strato e le proprietà ottiche sono essenziali. ellissometria spettroscopica è un metodo non distruttivo caratterizzazione ottica che permette la determinazione di questi parametri materiale richiesto.
Materiale
Un tipico AlGaN / GaN eterostruttura come usato per i LED e transistor è mostrata in Figura 1.
AlGaN 0,2-1 micron |
GaN 1-2 micron |
Sapphire substrato |
Figura 1. Tipiche AlGaN / GaN eterostruttura
I film GaN e AlGaN sono stati depositati da MOCVD (metallorganici Chemical Vapour Deposition) su substrati di zaffiro.
I campioni sono stati analizzati.
Tabella 1. Analisi dei campioni
| | |
1 | GaN / Sapphire | - |
2 | GaN / Sapphire | - |
3 | AlGaN / GaN / Sapphire | 7 |
4 | AlGaN / GaN / Sapphire | 16 |
5 | AlGaN / GaN / Sapphire | 25 |
6 | AlGaN / GaN / Sapphire | 5 |
7 | AlGaN / GaN / Sapphire | 9 |
Risultati
L'opera è stata eseguita utilizzando l' scientifico HORIBA MM-16 ellipsometer spettroscopici che offre vantaggi significativi in termini di velocità, misurazione ad alta risoluzione e versatilità sperimentale. ellissometrico misurazioni sono state effettuate con un angolo di incidenza di 70 <nel campo spettrale 500nm-800nm. Sia gli spessori e le proprietà ottiche sono stati estratti contemporaneamente da SE l'analisi dei dati. Rispetto alle piattaforme ellipsometer convenzionali, il liquido Ellipsometer Modulazione di cristallo offre precisione eccezionalmente alta per gli angoli ellissometrico (μ, Δ) in tutta la loro gamma completa di una misura, senza punti morti.
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Figura 2. Mostra la μ e spettri Δ del campione 1.
Lo spessore e la dispersione dello strato di nitruro di gallio sono stati determinati da modelli adeguati. Per questo esempio il risultato è il seguente:
AlGaN 0,2-1 micron |
GaN 1-2 micron |
Sapphire substrato |
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Figura 3. Mostra la Ψ e Δ spettri del campione 6.
Lo spessore e la dispersione di entrambe le AlGaN e lo strato di nitruro di gallio sono stati determinati da modelli adeguati. Per il campione 6 il risultato è il seguente:
3,6 nm Overlayer |
462,1 nm AlGaN |
1.110,5 nm GaN |
Sapphire substrato |
Per la modellazione della dispersione ottica una classica formula oscillatore di Lorentz dispersione è stato utilizzato:
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dove E = hω è l'energia del fotone.
Il rapporto tra 1 e ε ε 2 con n e k è: εà 1 = n 2-k 2 e ε 2 = 2nk
La tabella seguente riassume i risultati per i campioni nella gamma di lunghezze d'onda 500-800nm:
Tabella 2. Esempio di risultati
| | | | | | | |
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 mostrato in figura 4 per diverse concentrazioni di Al.
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Figura 4. Indice di rifrazione per diverse concentrazioni di Al nel AlGaN
Da questi dati una curva di calibrazione può essere set-up che consente la determinazione del contenuto di Al nello strato AlGaN valutando la dispersione ottica del materiale (figura 5)
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Figura 5. Curva di calibrazione per la concentrazione di Al in AlGaN
La concentrazione di Al può essere calcolata con la seguente formula:
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Conclusione
Modulazione di cristallo liquido ellissometria spettroscopica è una tecnica eccellente per la caratterizzazione molto accurata della eterostruttura semiconduttori composti AlGaN / GaN.
Utilizzando la MM-16 ellipsometer spettroscopica è una procedura semplice per determinare lo spessore del film e dispersioni ottica della struttura completa, anche quando il film è diversi micron di spessore.
La conoscenza dettagliata dei parametri ottici di AlGaN leghe è fondamentale per esempio per la progettazione di dispositivi opto-elettronici.
Inoltre, dai parametri ottici una curva di calibrazione potrebbe essere costruita per fornire una determinazione rapida ed efficiente del contenuto di Al negli strati AlGaN. Così ellissometria spettroscopiche dimostra anche una tecnica non distruttiva per la determinazione della composizione della lega AlGaN.
Questo metodo può essere ugualmente applicata a semiconduttori composti altri come SiGe, semiconduttori II-VI o classici semiconduttori III-V.
Fonte: HORIBA scientifico - Thin Film Divisione
Per ulteriori informazioni su questa fonte si prega di visitare HORIBA scientifico - Thin Film Divisione