應(yīng)用普遍的老一代半導(dǎo)體硅(Si)由于價(jià)格優(yōu)勢，在2016年已經(jīng)占據(jù)半導(dǎo)體市場的98%。但隨著器件的應(yīng)用環(huán)境和場景越來越多元化，研究者對半導(dǎo)體材料研究不斷深入，禁帶寬度更寬、電子親和能更低、臨界擊穿電場更高的第二代第三代甚至“第四代”超寬禁帶半導(dǎo)體類材料應(yīng)運(yùn)而生，并逐漸出實(shí)驗(yàn)室，走向工業(yè)化，走向終端消費(fèi)者。布魯克高級系列衍射儀(D8 Discover)一直致力于推進(jìn)研究中單晶薄膜結(jié)構(gòu)的精細(xì)分析，并協(xié)助研究者將結(jié)果與器件性質(zhì)結(jié)合，助力半導(dǎo)體事業(yè)發(fā)展。

對于單晶薄膜表征來說，通常會使用Rocking curve掃描模式來獲得晶體的結(jié)晶質(zhì)量，通過2theta-omega掃描結(jié)合模擬軟件進(jìn)而可以進(jìn)一步分析襯底和薄膜的晶胞參數(shù)相對變化關(guān)系。另外，研究者們習(xí)慣上會通過倒易空間圖譜(RSM)來判斷外延層的弛豫情況。本文分享了RSM譜圖在AlGaN基深紫外發(fā)光LED領(lǐng)域的應(yīng)用案例[1]。
1）背景AlGaN基深紫外發(fā)光二極管（DUV-LEDs）在水凈化、殺菌、生化傳感、非視距通信等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。由于極化場極大降低，半極性III族氮化物在光電器件應(yīng)用中引起了越來越多的關(guān)注。需要開發(fā)了一種多步驟原位界面改性技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的半極性氮化鋁模板生長和原位處理，并消除后生長AlGaN層中的層錯。
2）難點(diǎn)在AlN模板中存在嚴(yán)重的晶格畸變和強(qiáng)烈的壓縮應(yīng)變，薄膜與襯底面外取向存在夾角，每層薄膜取向差各不相同，面內(nèi)呈各向異性(圖1)。
3）解決方案通過某一非對稱面方位角重新定位了半極性面的零度方位角，確定了薄膜與襯底的夾角，收集了AlN模板的倒易空間分布圖。調(diào)整合適的測試策略，以獲取足夠大的圖譜，使測試結(jié)果范圍能覆蓋AlN模板與藍(lán)寶石襯底的晶格差。得到半極性AlGaN基DUV-LEDs完整的倒易格點(diǎn)信號(圖2)。
4）成效

本研究建立了一種無損精細(xì)化表征化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層質(zhì)量、組分和應(yīng)變程度的方法。

▲圖1 半極性面外延取向差示意圖

▲圖2 沿<11-23 >測量半極性AlGaN基DUV-LEDs的(a) RSM圖，(b) RSM 渲染圖-沙漠之眼

小編附：一定程度上去理解基礎(chǔ)理論，能很好的輔助實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，更快速發(fā)文章。同時(shí)，快速RSM不再是傳統(tǒng)一維XRD曲線，新硬件配置下2min即可獲得一張二維圖譜，縮短測試時(shí)間的同時(shí)也會讓枯燥的研究工作“看”起來更有趣。發(fā)揮想象，也歡迎投稿有趣的作品。

參考文獻(xiàn)：

[1] CHEN L ,SUN J ,GUO W , et al.Multi-step in situ interface modification method for emission enhancement in semipolar deep-ultraviolet light emitting diodes[J].Photonics Research,2022,10(12):2778-2785.

-轉(zhuǎn)載于《布魯克X射線部門》公眾號