調査するのにスキャンのマイクロウェーブ顕微鏡検査を利用して非常にサファイアの GaN のマーカーの層を添加しました

Keysight の技術によって後援される

目録

導入
ガリウム窒化物
スキャンのマイクロウェーブ顕微鏡検査 (SMM)
スキャンのマイクロウェーブ顕微鏡検査および半導体
スキャンのマイクロウェーブ顕微鏡検査を使用して GaN の成長の調査
SMM の添加物の密度のマップ
概要
参照
Keysight の技術について
著者

導入

この記事はサファイアの基板で育つガリウム窒化物 ( (SMM)GaN) のフィルムの最近の調査でスキャンのマイクロウェーブ顕微鏡検査の利用、 Keysight の技術によって開発される一義的な AFM ベースの方法を論議します。

薄い成長プロセスの間に表面の形を定期的に示すために非常に添加された層は含まれていました。 添加物の密度を測定する SMM の機能はこれらの表面の横断面を再建するために用いられました。 無意識に添加された領域は成長の最初の段階のために見つけられました。

成長の表面はこの段階で基板の平面から傾く表面のほとんどと荒いです。 これは傾向がある表面が添加物材料の無意識の通風管を促進するモデルを提案します。 成長プロセスの後期は無意識の添加しないでスムーズな表面で起因します。

ガリウム窒化物

GaN は広いバンドギャップの III-V の半導体です。 それは青および緑の発光ダイオード (LED) の生産のための光電子工学で他の強力な、高温の、高周波装置と共に、本質的に、使用されます。 spintronics で可能なアプリケーションがあるそれはまた磁気不純物と添加することができます。

GaN ベースの装置の生産のための主要な挑戦は適した基板材料の欠乏です。 GaN の大きい単結晶を育てることは非常に困難に残ります従って装置はサファイアおよび SiC の基板のウエファーで主に製造されます。

サファイアの基板の GaN の層の heteroepitaxial 成長は成長プロセスの間に無意識の添加によって妥協することができます。 添加物の結合の起源そしてメカニズム両方の識別は必要電子デバイスのための GaN ベースのヘテロ構造を最適化するためです。

スキャンのマイクロウェーブ顕微鏡検査 (SMM)

スキャンのマイクロウェーブ顕微鏡検査が高い空間分解能で半導体の電荷キャリアの密度を測定するのに使用することができます。 SMM はビーム偏向原子力の顕微鏡 (Keysight AFM) の高い空間分解能とベクトルネットワークアナライザ (Keysight PNA) の非常に高いキャパシタンス感度を [1] 結合します。

スキャンのマイクロウェーブ顕微鏡検査および半導体

半導体を使用するとき、先端サンプル接続点のキャパシタンスは応用先端サンプルバイアスによって影響を及ぼされます。 これは金属絶縁体半導体の接続点の半導体の有名な動作、特に (MIS)です。

多くの半導体は、ケイ素または GaAs のような、酸素か空気に露出されたとき絶縁の酸化物の層を形作ります。 このいわゆるネイティブ酸化物は通常オングストロームの発注で非常に薄いです、しかし厚さは数百の程度 [2] の熱処置によって高めることができます。

包囲された条件の半導体の表面をスキャンする金属 SMM の先端は MIS の接続点を形作ります。 バイアス電圧 Vt を SMM の先端に加えるとき、半導体の電荷キャリアは表面で引き付けられるか、または減ります。

空間電荷領域は形作られます。 ある特定の半導体のために、空間電荷領域の厚さは MIS のt接続点 [2] のキャパシタンスに影響を与える V と変わります。 空間電荷領域の幅はまた多くの場合不純物の提供者またはアクセプター原子 (すなわち、添加物の密度) の集中と等しい半導体の荷電粒子の密度の機能です。

スキャンのマイクロウェーブ顕微鏡検査を使用して GaN の成長の調査

GaN の無意識の添加の調査のために、繁茂の技術は用いられました [3]。 名目上 undoped 材料は育ちました。 定期的に従って、添加物材料は短期間の成長する GaN にもたらされ、非常に添加された GaN の薄層を形作ります。

サンプルはそれから育てられたフィルムおよびマーカーの層の横断面を露出するために裂かれました。 図 1 はフィルムの横断面の SMM の地形、キャパシタンスマップ、添加物の密度のマップ、および添加物の密度のマップを渡るラインプロフィールを示します。

図 1. a) から d) c) のグリーン・ラインに沿う添加物の密度のマップの SMM の地形、キャパシタンスマップ、添加物の密度のマップおよび横断面。

サファイアの基板はデータセットの左の端にあります; ウエファーの表面は権利の方により遠いですが、示されているスキャン範囲の内にありません。 地形は基板からの GaN 内の GaN の層、複数のステップ、および右の端である未定義の汚染にステップを示します。 キャパシタンスマップはウエファーの表面の方の明るく、濃い線の基板/フィルムインターフェイスそして規則的なパターンで対照を示します。

SMM の添加物の密度のマップ

SMM の添加物の密度のマップの、 undoped、また非常に添加された材料でより低いシグナルかより暗い領域をもたらして下さい。 暗い領域はサファイアの基板、非常に添加されたマーカーの層および GaN の undoped 層から成り立ちます。 領域は図 1d で明記されます。 明るい機能はウエファーの表面の方の規則的な縞で見られる電荷キャリアの低い (しかし余りに低く) 密度の領域です。 層によってダビングされた 「undoped 間で」、非常に添加された材料の層は育ちました。 材料に両方とも少し dC/dV のシグナルがあり、暗いようです。 undoped 層に添加されるからのキャリアの拡散が原因でキャリアの低密度は undoped 領域の端であり、こうして高い dC/dV のシグナルを示します。 straightregular 縞はこれらの層のフィルム成長が規則的、スムーズだったことを示します。

基板およびスムーズな層の間に、私達は添加された材料の別の領域を見つけます。 この領域は成長プロセスの間に無意識に添加されました。 この領域では、私達は左から右へうねる 1 つから 3 つの暗いバンドを見つけます。 バンドは非常に添加されたマーカーの層です。 それらは添加物材料がもたらされたそれらの時に成長の表面の位置を示します。 無意識に添加された領域では、添加された層は成長 [3] の間に粗雑面を明記する強い変動を示します。

傾向がある表面が無意識に添加された材料の成長のために重大であるモデル仮定はより大きい領域の添加物の密度のマップとテストすることができます。 図 2 は 64 ìm 全体のスキャンの地形そして添加物の密度のマップを示します。 さらに、設計図は黄線、赤線が、陰影を付けられた領域を黒くする、およびブルーライン、それぞれ示しますと同時に基板の位置を、 3 つのマーカーの層、無意識に添加された領域、および境界。 および汚染、マーカーの層および添加された領域開裂のステップが原因で全体の横断面を渡ってトレースすることができません。 従って、あるギャップはラインに残ります。

GaN の図 2. 地形は、添加物の密度のマップおよび設計図サファイアで層になります。 基板、マーカーの層、無意識に添加された領域および境界の位置はように黄線、赤線、黒い陰影を付けられた領域、およびブルーライン、それぞれ示されています。 および汚染、マーカーの層および添加された領域開裂のステップが原因で全体の横断面を渡ってトレースすることができません。

傾向がある表面が無意識に添加された材料の成長のために重大である仮定はこの材料がマーカーの層が変動する領域に主にあるという事実によってサポートされます。 位置によってマークされる 「A」および 「B」は分析のための特別な関心です。 文字 「A」は傾向がある表面が周囲材料でより長く持続した領域を示します。 ここに無意識に添加された材料はウエファーの表面の方にずっと伸びます。 文字 「B」は無意識に添加された材料がウエファーの表面の方に、余りにずっと伸びるが、まっすぐなマーカーの層がスムーズな成長の表面を明記する領域を示します。

まっすぐなマーカーにもかかわらず、成長の間に表面が平らな方向を出入りして傾向があったことはまだ可能です。 従って、位置によってマークされる 「B」は傾向がある表面モデルを排除しません。 モデルの詳細解析は R.A. オリバー [3] によって記事で見つけることができます。

概要

スキャンのマイクロウェーブ顕微鏡検査、 Keysight の技術によって開発される一義的な AFM ベースの方法はサファイアの基板で育つガリウム窒化物の無意識に添加された領域の起源を調査するために用いられました。 成長プロセスの間に、表面構成のスナップショットである薄いマーカーの層はもたらされました。 これらの表面を通した横断面は表面が荒く、表面のほとんどが基板の平面から傾くとき無意識に添加された領域が成長プロセスの最初の段階で育つことを明らかにします。

参照

1. H.P. Huber、 M. Moertelmaier、 T.M. ウォリス、 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、および F. Kienberger はスキャンのマイクロウェーブ顕微鏡を使用して、 「nanoscale キャパシタンス測定に」、 Sci Rev. 目盛りを付けました。 Inst。 81、 1 (2010 年)。
2. S.M. Sze の半導体デバイスの物理学、ジョンワイリー及び Sons、ニューヨーク (1981 年)。
3. R.A. オリバー、 「サファイアの GaN の無意識の添加の調査の非常にケイ素添加されたマーカーの層のアプリケーション」、 Ultramicroscopy 111 (2010 年)。

Keysight の技術について

Keysight は無線、モジュラー、およびソフトウェア・ソリューションの革新を通して顧客の測定の経験の変形を助けている全体的な電子測定の技術および主導株です。 Keysight は電子機器のデザイン、開発、製造、インストール、配置および操作で使用される電子測定の器械およびシステムおよび関連ソフト、ソフトウエア設計のツールおよびサービス提供します。 Keysight についての情報は www.keysight.com で使用できます。

著者

マティアス A. Fenner の Keysight の技術
物質科学のレイチェル A. オリバー、部門および冶金学、イギリスケンブリッジ大学

ソース: Keysight の技術

このソースのより多くの情報のために Keysight の技術を訪問して下さい。

Date Added: May 2, 2012 | Updated: Dec 16, 2014

Last Update: 16. December 2014 12:30

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