[發明專利]一種確定AlGaN外延層中Al組分的測試方法

在審

• 申請號: 201510655055.0
• 申請日: 2015-10-12
• 公開（公告）號: CN105301024A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 楊曉波;李艷炯
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十四研究所
• 主分類號: G01N23/20
• 分類號: G01N23/20
• 代理公司: 重慶信航知識產權代理有限公司 50218
• 代理人: 江濤

技術領域

本發明屬于半導體探測器領域，具體涉及一種確定AlGaN外延層中Al組分的測試方法。

背景技術

近年來紫外探測技術迅猛發展，其核心是制備靈敏度高、噪聲低的紫外探測器，其關鍵是研制性能穩定、敏感波段滿足被測環境要求的寬帶隙半導體材料，其中GaN(氮化鎵)基材料已經成為我國紫外敏感材料的研究重點。GaN基材料可見光盲的紫外光響應，即實現紫外傳感器只對所需紫外波段響應，需要向其晶格中摻入高含量的Al元素。在日盲區紫外探測范圍，A1GaN(氮化鋁鎵)合金具有禁帶寬度大、導熱性能好、電子漂移飽和速度高以及化學穩定性高等優點。隨著A1GaN合金組分的改變，禁帶寬度在3.4～6.2eV之間連續可調，對應截止波長范圍為200～365nm，能在不受可見光輻射的影響下探測日盲區特性。通過控制Al組分含量可以實現對紫外響應波段的調節，從而提高紫外探測器的探測精度和靈敏度，因此準確測定Al組分含量至關重要。

用MOCVD(Metal-organicChemicalVaporDeposition，金屬有機化合物化學氣相沉淀)在藍寶石襯底上生長Al_xGa_1-xN，其Al組分的準確確定，能更好的反映生長狀態，指導生長條件。目前可用于半導體外延膜中成分量的測試技術主要有高分辨X射線衍射法、光致發光法、紫外-可見光透射光譜法、電子探針法、盧瑟福背散射法、電感耦合等離子體原子發射光譜法等。

從國內外報道來看，這些測試技術針對AlGaN外延膜材料中Al組分含量的測定都不太準確，只有英國nanometrics公司在2014年實驗性搭建的一套光致發光測試儀，其測試出的Al組分與實際組分非常接近，但是其只能測試單層或頂層。另外，X射線衍射法能夠較準確測試，現有的X射線衍射法包括：對圖1所示的紫外探測器樣品先做一個002方向的三軸倒易空間掃描(RSM)，再將樣品旋轉90度做一個三軸倒易空間掃描；同樣地，在104方向也將做一組這樣的三軸倒易空間掃描；最后把這四個倒易空間圖用X射線衍射儀配置的分析軟件進行計算，就可以得到Al組分。但是，做每一個倒易空間掃描至少需要16小時以上，因此要完成一個這樣的樣品分析，至少需要60小時以上的測試時間，大大增加了儀器的運行時間，導致測試效率低下。

發明內容

針對現有技術中X射線衍射法測試時間太長，導致測試效率低下的技術問題，本發明提供一種確定AlGaN外延層中Al組分的測試方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種確定AlGaN外延層中Al組分的測試方法，該測試方法包括以下步驟：

S1、利用X射線衍射儀的數據收集軟件，以紫外探測器用外延材料樣品中的AlN緩沖層作為假設襯底，在樣品的104方向找出最強峰，以此最強峰為中心做一個ω-2θ同步單掃描曲線，再根據所測試的樣品在該曲線上根據最表層外延層倒易空間掃描圖的峰值角度，找到一個介于表層與AlN緩沖層峰值角度之間的中心點；

S2、根據這個中心點的角度值，選擇ω掃描范圍和步進以及ω-2θ掃描范圍和步進，再進入數據收集軟件做樣品的104方向倒易空間掃描；

S3、從倒易空間掃描圖譜中得到樣品的弛豫度R_S；

S4、繼續以該樣品中的AlN緩沖層為假設襯底，做一個含蓋AlN緩沖層及其外延層002方向的ω-2θ單掃描曲線；

S5、根據所述樣品的弛豫度R_S計算出樣品實際的平均弛豫度R，在X射線衍射儀的數據分析軟件中，再根據所述各個外延層的平均弛豫度R，調整各外延層的Al組分進行擬合，得到一個與步驟S4中測試的所述002方向的ω-2θ單掃描曲線相吻合的搖擺曲線，并根據該搖擺曲線從分析軟件中得到各外延層的組分，從而達到確定AlGaN外延層中的Al組分。

本發明提供的確定AlGaN外延層中Al組分的測試方法，只測試一個104方向倒易空間掃描圖和一個002方向的ω-2θ單掃描曲線，而且是把AlN緩沖層作為假設襯底，這樣掃描的角度間距減小3度左右，測試的圖譜減小，所以測試時間也相應減少，測試分析一個樣品的時間最多18小時左右，大大減少了儀器運行時間，測試效率高，并且分析方法更簡單；同時，本發明不僅能夠測試多層全結構組分，還可以做到無損檢測；另外，相對于背景技術光致發光法中需要購買光致發光測試儀來測試波長，本發明可以節約購置儀器及其它費用至少40萬美元以上，所以有效降低了測試成本。