使用扫描微波显微学调查在青玉的 GaN 高度掺杂了标记层

主办由 Keysight 技术

目录

简介
镓氮化物
扫描微波显微学 (SMM)
扫描微波显微学和半导体
GaN 增长的调查使用扫描微波显微学的
SMM 掺杂物密度映射
汇总
参考
关于 Keysight 技术
作者

简介

此条款在镓在青玉基体增长的氮化物 (SMM) (GaN) 影片的一个最近调查讨论扫描微波显微学的利用率, Keysight 技术开发的一个唯一基于 AFM 的方法。

在增长进程期间,稀薄,高度被掺杂的层包括定期指示表面的形状。 评定掺杂物密度的 SMM 的功能被使用重建这些表面的横断面。 一个无心地被掺杂的区域为增长的最初的阶段被找到。

增长表面在此阶段是粗砺的,与表面的大部分被掀动在基体飞机外面。 这建议倾斜的表面促进掺杂物材料有意无意的增加的设计。 增长进程的后期阶段导致平稳的表面,无需有意无意掺杂。

镓氮化物

GaN 是与宽带隙的一个 III-V 半导体。 用于光电子学,主要蓝色和绿色发光二极管 (LED) 的生产的,以及其他威力强大,高温和高频率设备。 它可能也服用磁性杂质,有可能的应用在 spintronics。

基于 GaN 的设备的生产的主要挑战是缺乏适当的基体材料。 生长大 GaN 单晶保持非常难,因此设备在青玉和 SiC 基体薄酥饼主要被制造。

在增长进程期间, GaN 层 heteroepitaxial 增长在青玉基体的可以通过有意无意掺杂减弱。 确定起源和掺杂物的并网结构是需要的为了优选电子设备的基于 GaN 的异质结构。

扫描微波显微学 (SMM)

扫描微波显微学可以用于评定密度在半导体的载流子在一个高空间分辨率。 SMM 与射线偏折基本强制显微镜结合向量网络分析仪 (Keysight PNA) 的非常高电容区分 (Keysight AFM) [1 的] 高空间分辨率。

扫描微波显微学和半导体

当与半导体一起使用时,应用的技巧范例偏心影响技巧范例连接点的电容。 这是在半导体的一个著名的工作情况,特别是在金属装绝缘体工半导体 (MIS)连接点。

许多半导体,象硅或 GaAs,形成一块绝缘的氧化物层,当显示在氧气或航空。 此所谓的当地氧化物通常是非常稀薄的,大约埃,但是这个厚度可以被与数百个程度 [2 的] 热量处理增加。

浏览在四周情况的一个金属 SMM 技巧半导体表面形成 MIS 连接点。 当运用偏压 Vt 于 SMM 技巧时,在这个半导体的载流子被吸引或被耗尽在表面。

空间电荷区被形成。 对一个特定半导体,空间电荷区的厚度随 V 变化t,影响 MIS 连接点 [2 的] 电容。 空间电荷区的宽度也是电荷载流子密度的功能在半导体的,即在许多情况下与杂质服务供应商或受主原子 (掺杂物密度) 的浓度是等于的。

GaN 增长的调查使用扫描微波显微学的

对于有意无意掺杂的调查 GaN,繁茂技术被使用了 [3]。 无掺杂的材料名义上增长。 定期地,掺杂物材料简称被引入到生长 GaN 期间,因而形成高度被掺杂的 GaN 薄层。

这个范例然后被劈开显示这部增长的影片和标记层的横断面。 图 1 显示 SMM 地势、电容映射、影片横断面的掺杂物密度映射和在掺杂物密度映射间的一条线路配置文件。

图 1. a) 到 d) SMM 地势、电容映射、掺杂物密度掺杂物密度映射的映射和横断面沿着在 c) 的绿线。

青玉基体位于数据集的左边缘; 薄酥饼表面是更朝右,但是它不在显示的扫描范围内。 地势显示从这个基体的一个步骤到 GaN 层、几个步骤在 GaN 内和那些未定义污秽在正确的边缘。 电容映射显示若干对比在基体/影片界面和明亮和黑线的一个正常模式往薄酥饼表面的。

SMM 掺杂物密度映射

在 SMM 掺杂物密度映射,无掺杂以及高度被掺杂的材料请产生一个更低的信号或更加黑暗的地区。 黑暗的地区包括青玉基体、高度被掺杂的标记层和无掺杂的 GaN 层。 区域在图 1d 指示。 明亮的功能是与一个低 (但是不太低) 密度的地区载流子,看到在往薄酥饼表面的正常数据条。 在层取绰号的 “无掺杂之间”,高度被掺杂的材料层增长。 两材料有一点 dC/dV 信号并且看上去黑暗。 由于承运人扩散从的被掺杂到无掺杂的层,低密度承运人是存在这个无掺杂的区域的边缘和因而显示一个高 dC/dV 信号。 straightregular 数据条表明这些层电影发展是正常和平稳的。

在这个基体和平稳的层之间,我们查找被掺杂的材料的另一个区域。 在增长进程期间,此区域无心地被掺杂了。 在此区域,我们查找从左到右蜿蜒地流一个到三个黑暗的范围。 范围高度是被掺杂的标记层。 当引入时,他们指示增长表面的位置在那些时刻掺杂物材料。 在无心地被掺杂的区域,被掺杂的层显示一个严格的波动,指示一个毛面在增长 [3 期间]。

倾斜的表面为无心地被掺杂的材料增长是关键的模型假定可以测试与掺杂物更大的地区密度映射。 图 2 显示地势和 64 ìm 扫描的掺杂物密度映射。 另外,概要显示这个基体的位置、三块标记层,无心地被掺杂的区域和其限定范围,当黄线,红线,染黑被交叉涂画的区和蓝线,分别。 由于分裂步骤和污秽、标记层和这个被掺杂的区域不能在整个横断面间被跟踪。 所以,有些空白在线路依然是。

图 2. 地势、掺杂物密度 GaN 映射和概要在青玉分层堆积。 这个基体、标记层、无心地被掺杂的区域和其限定范围的位置显示,黄线,红线,黑色被交叉涂画的区和蓝线,分别。 由于分裂步骤和污秽、标记层和这个被掺杂的区域不能在整个横断面间被跟踪。

倾斜的表面为无心地被掺杂的材料增长是关键的这个情况支持的假定此材料是存在主要在这个区域标记层动摇的。 地点被标记的 “A”和 “B”是这个分析的特别的好处。 这份信函 “A”指示倾斜的表面在周围的材料长期仍然存在比的地区。 这里无心地被掺杂的材料延伸往薄酥饼表面。 这份信函 “B”指示无心地被掺杂的材料延伸往薄酥饼表面,同样的地区,但是平直的标记层指示平稳的增长表面。

尽管这个平直的标记,是可能的在增长期间表面是倾斜的进出这个平面方向。 所以,地点被标记的 “B”不阻止倾斜的表面设计。 对这个设计的一个详细的分析可以在这个条款找到由 R.A. 奥利佛史东 [3]。

汇总

扫描微波显微学, Keysight 技术开发的一个唯一基于 AFM 的方法,被使用调查在青玉基体增长的镓氮化物的无心地被掺杂的地区的始发地。 在增长进程期间的稀薄的标记层是表面配置的快照引入。 横断面通过这些表面表示无心地被掺杂的地区增长在增长进程的最初的阶段,当表面是粗砺的时,并且表面的大部分被掀动在基体飞机外面。

参考

1. 使用扫描微波显微镜, H.P. Huber, M. Moertelmaier, T.M. 沃利斯、 C.J. 城镇, M. Hochleitner, A. Imtiaz, Y.J. Oh, K. Schilcher, M. Dieudonne, J. Smoliner, P. Hinterdorfer, S.J. Rosner, H. Tanbakuchi, P. Kabos 和 F. Kienberger, “校准了 nanoscale 电容评定”, Sci。 Inst。 81, 1 (2010)。
2. S.M. Sze,半导体设备物理,约翰威里 & Sons,纽约 (1981)。
3. R.A. 奥利佛史东, “在有意无意掺杂的调查的高度硅被掺杂的标记层的应用在青玉的 GaN”,显微镜检查 111 (2010)。

关于 Keysight 技术

Keysight 是帮助一个全球电子评定技术和的市场带头人通过在无线,模件和软件解决方法的创新变换其客户的评定经验。 Keysight 提供电子评定用于电子设备的设计、发展、制造、安装、配置和运算和相关软件,软件设计工具和服务的仪器和系统。 关于 Keysight 的信息是可用的在 www.keysight.com

作者

马赛厄斯 A. Fenner, Keysight 技术
拉结 A. 材料学的奥利佛史东、部门和冶金学,剑桥大学,英国

来源: Keysight 技术

关于此来源的更多信息请参观 Keysight 技术

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

Last Update: 16. December 2014 12:29

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit