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カバーされるトピック
背景
材料
結果
結論
背景
グループの III 窒化物および合金は HFETs、 HEMTs、等のような LEDs、注入レーザー、光検出機構、フルカラーの表示および電子デバイスのような短波の光電子工学装置のための最も有望な材料です。 デザインおよび最適化のために層の厚さおよび光学的性質両方の詳しい知識は必要です。 分光 Ellipsometry はこれらの必須の物質的なパラメータの決定を可能にする非破壊的な光学性格描写方法です。
材料
LEDs およびトランジスターのために使用されるように AlGaN/GaN の典型的なヘテロ構造は図 1. で示されています。
| AlGaN 0.2-1 の µm |
| GaN 1-2 の µm |
| サファイアの基板 |
図 1. 典型的な AlGaN/GaN のヘテロ構造
GaN および AlGaN のフィルムはサファイアの基板の MOCVD (metalorganic 化学気相堆積) によって沈殿しました。
次のサンプルは分析されました。
表 1. の分析のサンプル
| | | |
| 1 | GaN/サファイア | - |
| 2 | GaN/サファイア | - |
| 3 | AlGaN/GaN/サファイア | 7 |
| 4 | AlGaN/GaN/サファイア | 16 |
| 5 | AlGaN/GaN/サファイア | 25 |
| 6 | AlGaN/GaN/サファイア | 5 |
| 7 | AlGaN/GaN/サファイア | 9 |
結果
作業は速度、高リゾリューションの測定および実験多様性の点では重要な利点を提供する HORIBA の科学的な MM-16 分光 ellipsometer を使用して行われました。 Ellipsometric 測定はスペクトル領域 500nm- 800nm で 70 の の‹の発生のの斜めに行われました。 厚さおよび光学的性質は両方 SE のデータ解析から同時に得られました。 慣習的な ellipsometer のプラットホームと比較されたとき、液晶変調 Ellipsometer はデッドスポットなしで 1 つの測定のフルレンジを渡る ellipsometric 角度 (µ、Δ) のための特別に高精度、渡します。
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図 2. はサンプル 1. の µ そしてΔスペクトルを示します。
GaN の層の厚さそして分散は適切な模倣によって定められました。 このサンプルのために結果は次です:
| AlGaN 0.2-1 の µm |
| GaN 1-2 の µm |
| サファイアの基板 |
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図 3. はサンプル 6. のΨおよびΔスペクトルを示します。
AlGaN および GaN の層両方の厚さそして分散は適切な模倣によって定められました。 サンプル 6 のために結果は次です:
| 3.6 nm Overlayer |
| 462.1 nm AlGaN |
| 1110.5 nm GaN |
| サファイアの基板 |
光学分散の模倣のために古典的な Lorentz の発振器の分散の方式は使用されました:
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E=hωが光子エネルギーであるところ。
n および k が付いている1 εそして2 εの関係は次のとおりです: εÃ1 = n-k22 およびε=2nk2
次の表は波長範囲 500-800nm でサンプルのために見つけられる結果を要約したものです:
表 2. のサンプル結果
| | | | | | | |
| 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 |
波長の機能として R.i. は異なった Al の集中のための図 4 で示されています。
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AlGaN のさまざまな Al の集中のための図 4. R.i.
これらのデータから材料 (図 5) の光学分散の評価によって AlGaN の層の Al の内容の決定を可能にする校正曲線はセットアップすることができます
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AlGaN の Al の集中のための図 5. 校正曲線
Al の集中は次の方式によって計算することができます:
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結論
液晶変調分光 Ellipsometry は化合物半導体のヘテロ構造 AlGaN/GaN の極めて正確な性格描写のための優秀な技術です。
MM-16 分光 ellipsometer を使用してそれはフィルムが厚い複数のミクロンである場合でも完全な構造のフィルム厚さそして光学分散を定める簡単なプロシージャです。
AlGaN の合金の光学パラメータの詳しい知識は光電子工学装置のデザインのために重大例えばです。
なお、 AlGaN の層の Al の内容の急速で、効率的な決定を提供するために光学パラメータから校正曲線は組み立てることができます。 従って分光 Ellipsometry はまた AlGaN の合金の構成の決定のための非破壊的な技術を証明します。
この方法は SiGe のような他の化合物半導体、 II-VI の半導体または古典的な III-V の半導体に均等に適用することができます。
ソース: 科学 HORIBA - 薄膜部
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