使用掃描微波顯微學調查在青玉的 GaN 高度摻雜了標記層

主辦由 Keysight 技術

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簡介
鎵氮化物
掃描微波顯微學 (SMM)
掃描微波顯微學和半導體
GaN 增長的調查使用掃描微波顯微學的
SMM 摻雜物密度映射
彙總
參考
關於 Keysight 技術
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簡介

此條款在鎵在青玉基體增長的氮化物 (SMM) (GaN) 影片的一個最近調查討論掃描微波顯微學的利用率, Keysight 技術開發的一個唯一基於 AFM 的方法。

在增長進程期間,稀薄,高度被摻雜的層包括定期指示表面的形狀。 評定摻雜物密度的 SMM 的功能被使用重建這些表面的橫斷面。 一個無心地被摻雜的區域為增長的最初的階段被找到。

增長表面在此階段是粗礪的,與表面的大部分被掀動在基體飛機外面。 這建議傾斜的表面促進摻雜物材料有意無意的增加的設計。 增長進程的後期階段導致平穩的表面,无需有意無意摻雜。

鎵氮化物

GaN 是與寬帶隙的一個 III-V 半導體。 用於光電子學,主要藍色和綠色發光二極管 (LED) 的生產的,以及其他威力強大,高溫和高頻率設備。 它可能也服用磁性雜質,有可能的應用在 spintronics。

基於 GaN 的設備的生產的主要挑戰是缺乏適當的基體材料。 生長大 GaN 單晶保持非常難,因此設備在青玉和 SiC 基體薄酥餅主要被製造。

在增長進程期間, GaN 層 heteroepitaxial 增長在青玉基體的可以通過有意無意摻雜減弱。 確定起源和摻雜物的並網結構是需要的為了優選電子設備的基於 GaN 的異質結構。

掃描微波顯微學 (SMM)

掃描微波顯微學可以用於評定密度在半導體的載流子在一個高空間分辨率。 SMM 與射線偏折基本強制顯微鏡結合向量網絡分析儀 (Keysight PNA) 的非常高電容區分 (Keysight AFM) [1 的] 高空間分辨率。

掃描微波顯微學和半導體

當與半導體一起使用時,應用的技巧範例偏心影響技巧範例連接點的電容。 這是在半導體的一個著名的工作情況,特別是在金屬裝绝緣體工半導體 (MIS)連接點。

許多半導體,像硅或 GaAs,形成一塊绝緣的氧化物層,當顯示在氧氣或航空。 此所謂的當地氧化物通常是非常稀薄的,大約埃,但是這個厚度可以被與數百個程度 [2 的] 熱量處理增加。

瀏覽在四周情況的一個金屬 SMM 技巧半導體表面形成 MIS 連接點。 當運用偏壓 Vt 於 SMM 技巧時,在這個半導體的載流子被吸引或被耗盡在表面。

空間電荷區被形成。 对一個特定半導體,空間電荷區的厚度隨 V 變化t,影響 MIS 連接點 [2 的] 電容。 空間電荷區的寬度也是電荷載流子密度的功能在半導體的,即在許多情況下與雜質服務供應商或受主原子 (摻雜物密度) 的濃度是等於的。

GaN 增長的調查使用掃描微波顯微學的

對於有意無意摻雜的調查 GaN,繁茂技術被使用了 [3]。 無摻雜的材料名義上增長。 定期地,摻雜物材料簡稱被引入到生長 GaN 期間,因而形成高度被摻雜的 GaN 薄層。

這個範例然後被劈開顯示這部增長的影片和標記層的橫斷面。 圖 1 顯示 SMM 地勢、電容映射、影片橫斷面的摻雜物密度映射和在摻雜物密度映射間的一條線路配置文件。

圖 1. a) 到 d) SMM 地勢、電容映射、摻雜物密度摻雜物密度映射的映射和橫斷面沿著在 c) 的綠線。

青玉基體位於數據集的左邊緣; 薄酥餅表面是更朝右,但是它不在顯示的掃描範圍內。 地勢顯示從這個基體的一個步驟到 GaN 層、幾個步驟在 GaN 內和那些未定義汙穢在正確的邊緣。 電容映射顯示若乾對比在基體/影片界面和明亮和黑線的一個正常模式往薄酥餅表面的。

SMM 摻雜物密度映射

在 SMM 摻雜物密度映射,無摻雜以及高度被摻雜的材料请產生一個更低的信號或更加黑暗的地區。 黑暗的地區包括青玉基體、高度被摻雜的標記層和無摻雜的 GaN 層。 區域在圖 1d 指示。 明亮的功能是與一個低 (但是不太低) 密度的地區載流子,看到在往薄酥餅表面的正常數據條。 在層取綽號的 「無摻雜之間」,高度被摻雜的材料層增長。 兩材料有一點 dC/dV 信號并且看上去黑暗。 由於承運人擴散從的被摻雜到無摻雜的層,低密度承運人是存在這個無摻雜的區域的邊緣和因而顯示一個高 dC/dV 信號。 straightregular 數據條表明這些層電影發展是正常和平穩的。

在這個基體和平穩的層之間,我們查找被摻雜的材料的另一個區域。 在增長進程期間,此區域無心地被摻雜了。 在此區域,我們查找從左到右蜿蜒地流一個到三個黑暗的範圍。 範圍高度是被摻雜的標記層。 當引入時,他們指示增長表面的位置在那些時刻摻雜物材料。 在無心地被摻雜的區域,被摻雜的層顯示一個嚴格的波動,指示一個毛面在增長 [3 期間]。

傾斜的表面為無心地被摻雜的材料增長是關鍵的模型假定可以測試與摻雜物更大的地區密度映射。 圖 2 顯示地勢和 64 ìm 掃描的摻雜物密度映射。 另外,概要顯示這個基體的位置、三塊標記層,無心地被摻雜的區域和其限定範圍,當黃線,紅線,染黑被交叉塗畫的區和藍線,分別。 由於分裂步驟和汙穢、標記層和這個被摻雜的區域不能在整個橫斷面間被跟蹤。 所以,有些空白在線路依然是。

圖 2. 地勢、摻雜物密度 GaN 映射和概要在青玉分層堆積。 這個基體、標記層、無心地被摻雜的區域和其限定範圍的位置顯示,黃線,紅線,黑色被交叉塗畫的區和藍線,分別。 由於分裂步驟和汙穢、標記層和這個被摻雜的區域不能在整個橫斷面間被跟蹤。

傾斜的表面為無心地被摻雜的材料增長是關鍵的這個情況支持的假定此材料是存在主要在這個區域標記層動搖的。 地點被標記的 「A」和 「B」是這個分析的特別的好處。 這份信函 「A」指示傾斜的表面在周圍的材料長期仍然存在比的地區。 這裡無心地被摻雜的材料延伸往薄酥餅表面。 這份信函 「B」指示無心地被摻雜的材料延伸往薄酥餅表面,同樣的地區,但是平直的標記層指示平穩的增長表面。

儘管這個平直的標記,是可能的在增長期間表面是傾斜的進出這個平面方向。 所以,地點被標記的 「B」不阻止傾斜的表面設計。 對這個設計的一個詳細的分析可以在這個條款找到由 R.A. 奧利佛史東 [3]。

彙總

掃描微波顯微學, Keysight 技術開發的一個唯一基於 AFM 的方法,被使用調查在青玉基體增長的鎵氮化物的無心地被摻雜的地區的始發地。 在增長進程期間的稀薄的標記層是表面配置的快照引入。 橫斷面通過這些表面表示無心地被摻雜的地區增長在增長進程的最初的階段,當表面是粗礪的時,并且表面的大部分被掀動在基體飛機外面。

參考

1. 使用掃描微波顯微鏡, H.P. Huber, M. Moertelmaier, T.M. 沃利斯、 C.J. 城鎮, 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, 「校準了 nanoscale 電容評定」, Sci。 Inst。 81, 1 (2010)。
2. S.M. Sze,半導體設備物理,約翰威里 & Sons,紐約 (1981)。
3. R.A. 奧利佛史東, 「在有意無意摻雜的調查的高度硅被摻雜的標記層的應用在青玉的 GaN」,顯微鏡檢查 111 (2010)。

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作者

馬賽厄斯 A. Fenner, Keysight 技術
拉結 A. 材料學的奧利佛史東、部門和冶金學,劍橋大學,英國

來源: Keysight 技術

關於此來源的更多信息请請參觀 Keysight 技術

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

Last Update: 16. December 2014 12:29

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