拉曼显微化合物半导体分析

在过去的10年以来，他们表现出的特性非常适合下一代设备化合物半导体已经获得了相当大的关注。

从历史上看，材料方面的挑战阻碍了这些设备的制造。虽然这些挑战主要是在研究层面克服的，但在向工业生产转移时仍然存在困难。

Renishaw的inVia拉曼显微镜是一种非破坏性、非侵入性的表征工具，可提供关于材料的电子、晶体和振动结构的空间、亚微米级信息。欧洲杯足球竞彩在测量化合物半导体时，该系统可用于收集拉曼光谱和光致发光(PL)光谱，从而获得以下信息:

• 样品地形
• 合金的百分比
• 样品的温度（在操作装置）
• 应变/应力
• 掺杂剂浓度
• 污染鉴定
• 薄膜厚度
• 晶体结构类型和方向
• 微粒分析，例如，碳化硅夹杂物
• 化学鉴定
• 晶体质量和缺陷等级
• 样品均匀性

这篇文章提供了几个例子来展示inVia拉曼显微镜的能力和它在分析材料挑战方面的潜力。其中包括异质的评价基于GaN的半导体和温度记录．

的AlGaN / GaN异质结构的评价

多年来，低质量的材料阻碍了氮化镓基器件的发展。欧洲杯足球竞彩现在已经有了高质量的材料，欧洲杯足球竞彩但是大规模生产所需的规模仍然很困难，优化工艺和使用的设备也是如此。2020欧洲杯下注官网

本文阐述了inVia拉曼显微镜作为分析氮化镓基晶圆的质量控制工具的应用。所分析的晶片由30nm Al组成_0.28甘_0.72在300 μ m蓝宝石衬底上形成2 μ m GaN层。利用不同的激光激发波长获得了PL和拉曼光谱，使结构中的不同层得以分析。

在不同激发波长下，从结构的不同层获得的光谱如图所示图1和图2．研究这些模式可以量化铝含量、自由载流子浓度、应力和晶体质量。

图1。GaN/GaN异质结构中不同层的拉曼光谱。拉曼光谱探测的深度与激发波长有关。在这里，使用了紫外线激发激光，允许测量超薄的AlGaN层。

图2。藻类层的光致发光(PL)光谱。

在这里，对氮化镓层的研究表明，随着应力的变化，氮化镓层具有高度的均匀性，如E₂f的峰值位置igure 3(一个)．

据发现，所述AlGaN层具有在Al浓度相当大的变化，在晶片（高达5mm内侧半径）的约0.5％的边缘。一个的inVia Qontor拉曼显微镜的附加优点是样品的形貌的同时作为拉曼测量来测量，使晶片的弓待确定。这显示在图3 (b)和（C）．

图3。(a) E的峰值位置₂(b)拉曼测量期间收集的形貌图像，(c)晶圆弯曲(晶圆倾斜减去)。

新型氮化镓结构的三维微结构与应力表征

gan基半导体中的螺纹位错不仅可以作为载流子的散射中心，也可以作为载流子的散射中心。这种行为会在光电子器件(如led)中阻碍半导体的性能。

深入的知识和表征的空间分布的螺纹位错，使研究人员能够执行优化层生长使用更创新的技术。在这种情况下，在使用外延横向过度生长(ELOG)方法生长的样品中，通过包含规则的纳米线阵列的生长孔来控制聚结过程，对微观结构和应力进行了表征。

拉曼光谱测量是在a雷尼绍inVia Qontor^®拉曼共聚焦显微镜包括一个150毫瓦，532-nm激光激发源。从样品获得的典型光谱示于图4．生长后，通过在不同深度聚焦激光获得样品的三维拉曼数据。为了比较，在生长过程中，通过中断生长并将样品移动到扫描电子显微镜(SEM)中，获得了扫描电子显微镜(SEM)图像。图5.说明了这些图像。

图4。用GaN喇曼模式标记的新型纳米结构的典型光谱。E.₁(TO)模式是由于材料的离轴生长而出现的。

图5。扫描电镜和拉曼图像采集的样品，z = 0 μm是表面。拉曼强度图像说明了样品的微观结构，并与扫描电镜图像吻合良好。E的峰值位置₂带向表面的无应力值移动。拉曼光谱测量面积为38.1 μm × 26.1 μm × 14 μm，步长为0.3 μm × 0.3 μm × 2 μm。

拉曼光谱图像清楚地显示了样品的微观结构，也显示了位错密度增加的区域，并与SEM图像具有很好的一致性。这表明，生长后，拉曼可以作为更复杂、中断生长和SEM分析的替代方法。

通过检测E的峰值位置，可以研究试样中应力的分布₂拉曼乐队(图4），具有2.7厘米的变化^-1对应于为1GPa。有在-5微米的深度的应力分布和微结构（强度图像）之间有明显的相关性。

所示图6，接近的曲面，在该层中的峰值位置的变化原来是更一致并朝着预期的无应力值升档（567.5厘米^-1）.这表明，创新结构通过将应力集中在设计的层中，从而降低了应力大小。

图6。说明E的变化的直方图₂峰值位置为在结构中不同的深度。的典型的峰值位置向无应力值567.5厘米升挡^-1和从大容量移动到样品的表面时的分布锐化。

拉曼热成像

用于评价该装置的使用寿命的一个关键参数是其峰值操作装置温度。常规技术（例如，红外线（IR）和电学测量）提供空间分辨率差，并且通常在器件给平均温度，通常在很大程度上低估了峰值温度。

马丁·库博尔(Martin Kuball)及其同事的一项开创性研究已经证明了这一点拉曼光谱是一个杰出的工具，用于测量有源器件在直流[1]和脉冲模式[2]的峰值工作温度。

拉曼热成像上有在材料的声子能量的变化，当有温度变化的原理工作。在用于拉曼频带位置的变化和夹断高电子迁移率晶体管（HEMT）设备在示出图7．这种变化可以直接与温度相关。当在一个设备上进行拉曼图时，它的温度分布可以以亚微米的分辨率确定。

图7。开(热)和关(冷)器件的拉曼光谱比较。

源极 - 漏极间的HEMT对生长在蓝宝石和SiC衬底的温度分布中所示的图8．从图中可以看出，当器件在180°C的峰值温度下工作时，在SiC上的器件可以在三倍以上的功率密度下工作。这是SiC的导热性能优于蓝宝石的结果。此外，由于GaN具有比蓝宝石更高的导热系数，因此在蓝宝石上制作的器件具有相当平坦的温度分布，这导致了热的水平扩散优于垂直提取。

图8。蓝宝石和SiC衬底制备hemt的温度分布。器件在不同的功率密度下运行，产生180°C的峰值温度。

结论

以上例子说明了inVia拉曼显微镜可以用来分析化合物半导体的以下特性:

• PL
• 水晶结构
• 化学成分
• 缺陷
• 应力/应变
• 设备温带

用户可以联系当地的Renishaw办公室，了解更多关于Renishaw inVia拉曼显微镜及其应用于化合物半导体的潜力的信息。

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致谢

作者要感谢巴斯大学的Emmanuel Le Boulbar博士、Duncan Allsopp教授和Philip Shields教授提供的ELOG样本。

参考文献

[1] Kuball, M.， Hayes, J. M.， Uren, M. J.， Martin, I.， Birbeck, J. c.h.， Balmer, R. S.， & Hughes, B. T.(2002)。利用拉曼光谱测量大功率GaN/GaN hfet的温度。电子学报，2018,36(1):1 -9。

[2] Kuball，M.，里德尔，G. J.，波默罗伊，J. W.，Sarua，A.，Uren，M. J.，马丁，T.，...＆沃利斯，D.J.（2007）。使用微拉曼光谱的AlGaN / GaN的电子设备的时间分辨的温度测量。IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS，28（2），86-89。

此信息已经来源，审议通过雷尼绍公司提供的材料改编。欧洲杯足球竞彩

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