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Ellipsometry Espectroscópica dos Semicondutores Compostos AlxGa1-xN/Heterostrutura de GaN Usando o Equipamento de Horiba Científico - Filme Fino

Assuntos Cobertos

Fundo
Materiais
Resultados
Conclusão

Fundo

Os Iii-Nitretos do Grupo e suas ligas são os materiais os mais prometedores para dispositivos optoelectronic do curto-comprimento de onda tais como o Diodo emissor de luz, os lasers de injecção, os fotodetector, os indicadores de cor completa e os dispositivos electrónicos como HFETs, HEMTs, Etc. Para seus projecto e optimização um conhecimento detalhado da espessura da camada e das propriedades ópticas é essencial. Ellipsometry Espectroscópica é um método óptico não-destrutivo da caracterização que permita a determinação destes parâmetros materiais exigidos.

Materiais

Uma heterostrutura típica de AlGaN/GaN como usada para o Diodo emissor de luz e os transistor é mostrada em Figura 1.

AlGaN 0.2-1 µm

Μm de GaN 1-2

Carcaça da Safira

Figura 1. heterostrutura Típica de AlGaN/GaN

Os filmes de GaN e de AlGaN foram depositados por MOCVD (depósito de vapor químico metalorganic) em carcaças da safira.

As seguintes amostras foram analisadas.

Amostras da Análise da Tabela 1.

Amostra

Estrutura

Índice do Al em AlGaN %

1

GaN/Safira

-

2

GaN/Safira

-

3

AlGaN/GaN/Safira

7

4

AlGaN/GaN/Safira

16

5

AlGaN/GaN/Safira

25

6

AlGaN/GaN/Safira

5

7

AlGaN/GaN/Safira

9

Resultados

O trabalho foi executado usando o ellipsometer MM-16 espectroscópica Científico de HORIBA que fornece vantagens significativas em termos da velocidade, da medida de alta resolução e da versatilidade experimental. As medidas Elipsométricas foram executadas em um ângulo de uma incidência do ‹de 70  na escala espectral 500nm- 800nm. As espessuras e as propriedades ópticas foram extraídas simultaneamente da análise de dados do SE. Quando comparada às plataformas convencionais do ellipsometer, a Modulação Ellipsometer do Cristal Líquido entrega a precisão excepcionalmente alta para os ângulos elipsométricos (µ, Δ) através de sua série completa em uma medida, sem nenhuns pontos inoperantes.

 

Figura 2. mostra o µ e espectros de Δ da amostra 1.

A espessura e a dispersão da camada de GaN foram determinadas pela modelagem apropriada. Para esta amostra o resultado é o seguinte:

AlGaN 0.2-1 µm

Μm de GaN 1-2

Carcaça da Safira

Figura 3. mostra os espectros de Ψ e de Δ da amostra 6.

A espessura e a dispersão do AlGaN e da camada de GaN foram determinadas pela modelagem apropriada. Para a amostra 6 o resultado é o seguinte:

3,6 nanômetro Overlayer

462,1 nanômetro AlGaN

1110,5 nanômetro GaN

Carcaça da Safira

Para a modelagem das dispersões ópticas uma fórmula clássica da dispersão do oscilador de Lorentz foi usada:

 

onde E=hω é a energia do fotão.

A relação do ε1 e do ε2 com n e k é: εÃ1 = n-k22 e ε=2nk2

A seguinte tabela resume os resultados encontrados para as amostras na escala de comprimento de onda 500-800nm:

Resultados da Amostra da Tabela 2.

Amostra

Espessura GaN/nm

Espessura AlGaN/nm

n em 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

O R.I. em função do comprimento de onda é mostrado em figura 4 para concentrações diferentes do Al.

 

Figura 4. R.I. para várias concentrações do Al em AlGaN

Destes dados uma curva de calibração pode ser setup que permita a determinação do índice do Al na camada de AlGaN avaliando a dispersão óptica do material (figura 5)

 

Figura 5. curva de Calibração para a concentração do Al em AlGaN

A concentração do Al pode ser calculada pela seguinte fórmula:

Conclusão

A Modulação Ellipsometry Espectroscópica do Cristal Líquido é uma técnica excelente para a caracterização altamente exacta da heterostrutura AlGaN/GaN do semicondutor composto.

Usando o ellipsometer MM-16 espectroscópica é um procedimento directo para determinar a espessura de filme e as dispersões ópticas da estrutura completa mesmo onde o filme é diversos mícrons grossos.

O conhecimento detalhado dos parâmetros ópticos de ligas de AlGaN é crucial por exemplo para o projecto de dispositivos opto-eletrônicos.

Além Disso, dos parâmetros ópticos uma curva de calibração podia ser construída para fornecer uma determinação rápida e eficiente do índice do Al nas camadas de AlGaN. Assim Ellipsometry Espectroscópica igualmente prova uma técnica não-destrutiva para a determinação da composição da liga de AlGaN.

Este método pode ingualmente ser aplicado a outros semicondutores compostos tais como SiGe, a semicondutores de II-VI ou aos semicondutores clássicos de III-V.

Source: HORIBA Científico - Divisão dos Filmes Finos

Para obter mais informações sobre desta fonte visite por favor HORIBA Científico - Divisão dos Filmes Finos

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

Last Update: 15. July 2013 16:28

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