.gif)
Besproken onderwerpen
Achtergrond
Materialen
Resultaten
Conclusie
Achtergrond
Groep III-nitriden en hun legeringen zijn de meest veelbelovende materialen voor korte golflengte opto-elektronische apparaten, zoals LED's, injectie lasers, fotodetectoren, full color displays en elektronische apparaten zoals HFETs, HEMTs, etc. Voor hun ontwerp en de optimalisatie een gedetailleerde kennis van zowel de de laagdikte en de optische eigenschappen zijn essentieel. spectroscopische ellipsometrie is een niet-destructieve optische karakterisatie methode die de bepaling van deze benodigde materialen parameters toelaat.
Materialen
Een typische AlGaN / GaN heterostructuur zoals gebruikt voor de LED's en transistors is weergegeven in figuur 1.
AlGaN 0,2-1 micrometer |
GaN 1-2 um |
Sapphire substraat |
Figuur 1. Typische AlGaN / GaN heterostructuur
De GaN en AlGaN films werden afgezet door MOCVD (metaalorganische chemical vapour deposition) op saffier substraten.
De volgende monsters werden geanalyseerd.
Tabel 1. Analyse monsters
| | |
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 |
Resultaten
Het werk werd uitgevoerd met behulp van de HORIBA Wetenschappelijk MM-16 spectroscopische ellipsometer die aanzienlijke voordelen biedt in termen van snelheid, hoge resolutie meet-en experimentele veelzijdigheid. ellipsometrische metingen werden uitgevoerd in een hoek van inval van 70 <in het spectrale bereik 500nm-800 nm. Zowel de diktes en optische eigenschappen werden tegelijkertijd uit de SE data-analyse. In vergelijking met conventionele ellipsometer platforms, de Liquid Crystal Modulation ellipsometer levert een uitzonderlijk hoge nauwkeurigheid voor de ellipsometrische hoeken (μ, Δ) over hun volledige gamma in een meting, zonder dode hoeken.
.gif)
Figuur 2. Toont de μ en de Δ spectra van het monster 1.
De dikte en de spreiding van de GaN laag werden bepaald door middel van passende modellen. Voor dit voorbeeld het resultaat is als volgt:
AlGaN 0,2-1 micrometer |
GaN 1-2 um |
Sapphire substraat |
.gif)
Figuur 3. Toont de Ψ en Δ spectra van het monster 6.
De dikte en de spreiding van zowel de AlGaN en de GaN laag werden bepaald door middel van passende modellen. Voor sample 6 het resultaat is als volgt:
3,6 nm Overlayer |
462,1 nm AlGaN |
1110,5 nm GaN |
Sapphire substraat |
Voor de modellering van de optische dispersies een klassieke Lorentz oscillator dispersie-formule werd gebruikt:
.jpg)
waarbij E = hω is de foton energie.
De relatie van ε 1 en ε 2 met n en k is: εà 1 = n 2-k 2 en ε 2 = 2nk
De onderstaande tabel geeft een overzicht van de resultaten gevonden voor de monsters in de golflengte 500-800 nm:
Tabel 2. Sample resultaten
| | | | | | | |
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 |
De brekingsindex als functie van de golflengte is weergegeven in figuur 4 voor de verschillende Al-concentraties.
.gif)
Figuur 4. Brekingsindex voor diverse Al concentraties in AlGaN
Uit deze gegevens een kalibratiecurve kan worden opgezet die het mogelijk maakt de bepaling van het Al-gehalte in de AlGaN laag door het evalueren van de optische dispersie van het materiaal (figuur 5)
.gif)
Figuur 5. IJkcurve voor Al-concentratie in AlGaN
De Al-concentratie kan worden berekend door de volgende formule:
.jpg)
Conclusie
Liquid Crystal Modulatie spectroscopische ellipsometrie is een uitstekende techniek voor de zeer nauwkeurige karakterisering van de samengestelde halfgeleider heterostructuur AlGaN / GaN.
Met behulp van de MM-16 spectroscopische ellipsometer is het een eenvoudige procedure om de laagdikte en optische dispersies van de volledige structuur bepalen, zelfs waar de film is enkele micron dik.
De gedetailleerde kennis van de optische parameters van AlGaN legeringen is van cruciaal belang voor bijvoorbeeld het ontwerpen van opto-elektronische apparaten.
Verder blijkt uit de optische parameters van een ijkgrafiek kan worden aangelegd om een snelle en efficiënte bepaling van het Al-gehalte in de AlGaN lagen te bieden. Zo spectroscopische ellipsometrie bewijst ook een niet-destructieve techniek voor AlGaN samenstelling van de legering vastberadenheid.
Deze methode kan ook worden toegepast op andere samengestelde halfgeleiders, zoals SiGe, II-VI halfgeleiders of klassieke III-V halfgeleiders.
Bron: HORIBA Scientific - Thin Films Division
Voor meer informatie over deze bron kunt u terecht op HORIBA Scientific - Thin Films Division