Employant la Microscopie d'Hyperfréquences de Lecture Pour Vérifier A Hautement Dopé des Couches de Repère dans GaN sur le Saphir

Table des matières

Introduction
Nitrure de Galliums
Microscopie d'Hyperfréquences de Lecture (SMM)
Microscopie et Semi-conducteurs d'Hyperfréquences de Lecture
Enquête sur l'Accroissement de GaN Utilisant la Microscopie d'Hyperfréquences de Lecture
Plans de Densité de Dopant de SMM
Résumé
Références
Au Sujet des Technologies d'Agilent
Auteurs

Introduction

Cet article discute l'utilisation de la microscopie d'hyperfréquences de lecture (SMM), une seule méthode AFM-basée développée par des Technologies d'Agilent, dans une enquête récente des films de nitrure de gallium (GaN) développés sur le substrat de saphir.

Pendant le processus de croissance, mince, des couches fortement dopées ont été comprises pour marquer la forme de la surface à intervalles réguliers. La capacité de SMM pour mesurer des densités de dopant a été utilisée pour reconstruire des coupes transversales de ces surfaces. Une région involontairement dopée a été trouvée pour les stades initiaux de l'accroissement. La surface d'accroissement est à ce stade brute, avec des majeures parties de la surface inclinée hors du plan de substrat. Ceci suggère un modèle dans lequel les surfaces inclinées introduisent la prise involontaire du matériau de dopant. Les Stades avancés du processus de croissance ont comme conséquence les surfaces lisses sans dopage involontaire.

Nitrure de Galliums

GaN est un semi-conducteur d'III-V avec un écartement de bande large. Il est utilisé en optoélectronique, principalement pour la production des lights emitting diode bleus et verts (LED), avec d'autres dispositifs de haute puissance, à hautes températures, et à haute fréquence. Il peut également être enduit des impuretés magnétiques, qui a des applications possibles dans le spintronics. Le défi principal pour la production des dispositifs GaN-basés est le manque de matériaux adaptés de substrat. Il reste très difficile d'élever de grands monocristaux de GaN, ainsi des dispositifs sont principalement fabriqués sur des disques de saphir et de substrat de Code indicatif de sujet. L'accroissement heteroepitaxial des couches de GaN sur le substrat de saphir peut être compromis par le dopage involontaire pendant le processus de croissance. L'Identification d'origine et du mécanisme de la constitution des dopants est nécessaire afin d'optimiser des hétérostructures GaN-basées pour des appareils électroniques.

Microscopie d'Hyperfréquences de Lecture (SMM)

La microscopie d'hyperfréquences de Lecture peut être employée pour mesurer la densité des porteurs de charge en semi-conducteurs à une résolution spatiale élevée. SMM combine la sensibilité élevée même de capacité d'un analyseur de réseau de vecteur (un Agilent PNA) avec la résolution spatiale élevée d'un microscope atomique de force de poutre-fléchissement (un Agilent AFM) [1].

Microscopie et Semi-conducteurs d'Hyperfréquences de Lecture

En fonctionnant avec des semi-conducteurs, la capacité de la jonction d'extrémité-échantillon est influencée par la polarisation appliquée d'extrémité-échantillon. C'est un comportement réputé en semi-conducteurs, particulièrement dans des jonctions (MIS) de métal-isolant-semi-conducteur. Beaucoup de semi-conducteurs, comme le silicium ou la GaAs, forment une couche isolante d'oxyde une fois exposés à l'oxygène ou à l'air. Ce soi-disant oxyde indigène est habituellement très mince, sur l'ordre des Angströms, mais l'épaisseur peut être augmentée par demande de règlement thermique avec plusieurs centaines de degrés [2].

Une extrémité métallique de SMM balayant une surface de semi-conducteur en conditions ambiantes forme une jonction de SIG. En appliquant un VT de tension de polarisation à l'extrémité de SMM, des porteurs de charge dans le semi-conducteur sont attirés ou épuisés sur la surface. Une région de charges spatiales est formée. Pour un semi-conducteur donné, l'épaisseur de la région de charges spatiales varie avec Vt, qui affecte la capacité de la jonction de SIG [2]. La largeur de la région de charges spatiales est également un fonctionnement de la densité de porteur de charge dans le semi-conducteur, qui est dans de nombreux cas égal à la concentration des atomes de donneur ou d'accepteur d'impureté (c.-à-d., la densité de dopant).

Enquête sur l'Accroissement de GaN Utilisant la Microscopie d'Hyperfréquences de Lecture

Pour l'enquête sur le dopage involontaire de GaN, une technique de surcroissance a été utilisée [3]. Nominalement du matériau non dopé a été développé. À intervalles réguliers, du matériau de dopant a été introduit dans les périodes croissantes de GaN pour faire court, de ce fait formant des couches minces de GaN fortement dopé. L'échantillon a été alors fendu pour exposer une coupe transversale du film développé et des couches de repère. Le Schéma 1 affiche la topographie de SMM, un plan de capacité, un plan de densité de dopant de la coupe transversale de film, et une ligne profil en travers du plan de densité de dopant.

Le Schéma 1. a) à d) topographie de SMM, plan de capacité, plan de densité de dopant, et coupe transversale de plan de densité de dopant suivant la Ligne Verte en c).

Le substrat de saphir est situé sur l'arête gauche de l'ensemble de données ; la surface de disque serait plus lointaine vers la droite, mais elle n'est pas dans la marge d'échographie affichée. La topographie affiche une phase du substrat aux couches de GaN, à plusieurs phases dans le GaN, et à quelques contaminations non définies à la bonne arête. Le plan de capacité affiche un certain contraste à la surface adjacente de substrat/film et à une configuration régulière des lignes lumineuses et sombres vers la surface de disque.

Plans de Densité de Dopant de SMM

En matériaux non dopés ainsi que fortement dopés de plans de densité de dopant de SMM, fournissez un signe inférieur ou des régions plus sombres. Les régions sombres comportent le substrat de saphir, les couches fortement dopées de repère, et les couches non dopées de GaN. Les régions sont indiquées dans la Figure 1d. Les caractéristiques techniques lumineuses sont des régions avec une densité faible (mais non si basse) des porteurs de charge, vue dans les pistes régulières vers la surface de disque. Entre le « non dopé » aboubé par couches, une couche de matériau fortement dopé a été développée. Les Deux matériaux ont peu de signe de dC/dV et semblent sombres. En Raison de la diffusion des porteurs du dopés dans les couches non dopées, un faible densité des porteurs est présent à l'arête de la région non dopée et affiche ainsi un signe du haut dC/dV. Les pistes straightregular indiquent que l'accroissement de film de ces couches était régulier et lisse.

entre le substrat et les couches douces, nous trouvons une autre région de matériau dopé. Cette région a été involontairement dopée pendant le processus de croissance. Dans cette région, nous trouvons une à trois bandes sombres serpentant de gauche à droite. Les bandes sont hautement des couches dopées de repère. Elles marquent la position de la surface d'accroissement à heures où du matériau de dopant a été introduit. Dans la région involontairement dopée, les couches dopées affichent une variation intense, indiquant une surface approximative pendant l'accroissement [3].

La supposition modèle qui les surfaces inclinées sont essentielles pour l'accroissement du matériau involontairement dopé peut être testée avec des plans de densité de dopant de plus grandes régions. Le Schéma 2 topographie d'expositions et un plan de densité de dopant d'une échographie 64 de la taille ìm. Supplémentaire, un schéma affiche les positions du substrat, trois couches de repère, la région involontairement dopée, et sa borne pendant que les lignes jaunes, lignes rouges, noircissent des zones croisées, et lignes bleues, respectivement. En Raison des phases et des contaminations de clivage, les couches de repère et la région dopée ne peut pas être tracé en travers de la coupe transversale entière. Par Conséquent, quelques lacunes demeurent dans les lignes.

Le Schéma 2. Topographie, plan de densité de dopant, et schéma de GaN pose sur le saphir. Les positions du substrat, des couches de repère, de la région involontairement dopée, et de sa borne sont affichées comme les lignes jaunes, lignes rouges, zones croisées noires, et lignes bleues, respectivement. En Raison des phases et des contaminations de clivage, les couches de repère et la région dopée ne peut pas être tracé en travers de la coupe transversale entière.

La supposition qui les surfaces inclinées sont essentielles pour l'accroissement du matériau involontairement dopé est supportée par le fait que ce matériau est présent principalement dans les régions où les couches de repère flottent. Les Emplacements « A » marqué et « B » sont d'intérêt particulier pour l'analyse. La lettre « A » marque des régions où les surfaces inclinées ont persisté plus longtemps que dans le matériau environnant. Ici le matériau involontairement dopé étend plus loin vers la surface de disque. La lettre « B » marque des régions où le matériau involontairement dopé étend plus loin vers la surface de disque, aussi, mais les couches droites de repère indiquent une surface douce d'accroissement.

En Dépit du repère droit, il est encore possible que pendant l'accroissement la surface ait été inclinée dans et hors du sens plat. Par Conséquent, les emplacements « B » marqué n'excluent pas le modèle extérieur incliné. Une analyse détaillée du modèle peut être trouvée dans l'article par R.A. Oliver [3].

Résumé

La microscopie d'hyperfréquences de Lecture, une seule méthode AFM-basée développée par des Technologies d'Agilent, a été utilisée pour vérifier l'origine des régions involontairement dopées en nitrure de gallium développée sur le substrat de saphir. Pendant le processus de croissance, on a introduit des couches minces de repère qui sont des instantanés de la configuration extérieure. Les Coupes transversales par ces surfaces indiquent que les régions involontairement dopées se développent aux stades initiaux du processus de croissance quand la surface est brute et des majeures parties de la surface sont inclinées hors du plan de substrat.

Références

1. H.P. Huber, M. Moertelmaier, T.M. Wallis, C.J. Chiang, M. Hochleitner, A. Imtiaz, Y.J. Oh, K. Schilcher, M. Dieudonne, J. Smoliner, P. Hinterdorfer, S.J. Rosner, H. Tanbakuchi, P. Kabos, et F. Kienberger, « A Étalonné des mesures de capacité de nanoscale utilisant un microscope à micro-ondes de lecture, » Rev. Sci. Inst. 81, 1 (2010).
2. S.M. Sze, Physique des Dispositifs de Semi-conducteur, John Wiley et Sons, New York (1981).
3. R.A. Oliver, « Application de repère fortement silicium-dopé pose dans l'enquête sur le dopage involontaire dans GaN sur le saphir, » l'Ultramicroscopie 111 (2010).

Au Sujet des Technologies d'Agilent

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Auteurs

Matthias A. Fenner, Technologies d'Agilent
Rachel A. Oliver, Service de Science Des Matériaux Et Métallurgie, Université de Cambridge, R-U

Source : Technologies d'Agilent

Pour plus d'informations sur cette source visitez s'il vous plaît les Technologies d'Agilent.

Date Added: May 2, 2012 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 09:18

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