蓝宝石上GaN基多层膜结构椭偏研究
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所 得 。 应 用 多层 介 质 膜 模 型 ， ３ ０～ ８ ０ ｍ 测 试 波 在 ０ ０ｎ
利 用 Ｓ ８ ０反 射 型 椭 偏 光 谱 仪 ， 用 多 层 膜 模 Ｅ５ 采
型 ， Ｇ Ｎ 外 延 层 上 ＭＯＣ Ｄ 生 长 的 ＩＮ（ Ｏ ７ 对 ａ Ｖ ｎ Ｅ ≈ ． ～
０ ８ Ｖ） 膜 和 热 氧 化 生 长 的 ＧａＯ （ ４ ２ ５ ４ ．ｅ 薄 。 。 Ｅ ≈ ． ～ ． ｅ 薄 膜 的厚 度 、 射 率 和表 面粗 糙 度 等进 行 了研 究 。 Ｖ） 折 通 过拟合 结 果 ， 到 了 ３ ０ ８ ０ ｍ 的 波 长 范 围 内各 得 ０ ～ ０ｎ 层 薄膜 的折射 率 色 散关 系 ， 对 测 试结 果 的 准 确性 和 并 膜 层之 间色 散 关 系 的相 互 影 响 进 行 了全 面 的分 析 研
文 章编号 ：０ １９ ３ （０ ０ ０ — ８ ８０ １ ０ — ７ １ ２ １ ） ５０ ７ —３
ｌ 引 言
椭 圆偏 振 法 是 测 量 和 研 究 薄 膜 的 厚 度 、 学 性 质 、 光 界 面粗糙 度 以及材 料 微 结 构 的一 种 偏 光 分 析方 法 ， 由
于其 测量精 度 高 、 无破 坏性 、 境 受 限 小 、 单 易 行 等 环 简 优点 ， 近年 来越 来 越 广 泛地 应 用 于 薄膜 光 学 特 性 的 测 量 当 中。而随着 薄 膜 科 学 的发 展 ， 简单 而 精 确 的 多层
长 ＩＮ 薄 膜 层 和 在 ９ ０Ｃ碳 于 氧 氧 化 工 艺 条 件 下 生 长 ｎ ０ ｏ
左右存在 的 一个 强吸收 （ － ． ｅ 有 关 。 Ｅ － ３ ４ Ｖ） － ＝ ．
关 键 词 ： Ｇ Ｎ ； 圆偏 振 光 谱 ； Ｎ； ２ 。 ａ 椭 Ｉ ｎ ＧａＯ 中 图 分 类 号 ： Ｏ ８ ． ： Ｎ３ ４ ２ ４ ４５ Ｔ ０ ． ３ 文献 标识 码 ： Ａ
究 。
长 范 围内拟合 得 到 了样 品 各 层 厚 度 和 折 射 率 色散 关
系， 并与 Ｇ Ｎ 单层 膜 色散 关 系相 比较 ， 析 了各 层 膜 ａ 分 之 间对 自身 折 射 率 的 影 响 。研 究 结 果 表 明 ， ｎ 和 ＩＮ ＧａＯ 表 面均存在 一 个 粗糙 层 ， 用 有 效介 质 近 似 模 。 采
助
财
抖
２１ 年第５ ４） ００ 期（１ 卷
蓝 宝石 上 Ｇａ 基 多层膜 结构 椭 偏 研 究 Ｎ
杜 江锋 ， 赵金 霞 ， 谦 ， 罗 于 奇 ， 建新 ， 谟 华 夏 杨
（ 电子科 技大学 微 电子 与 固体 电子学 院 电子薄膜 与集成 器件 国家 重点 实验 室 ， 四川 成都 ６ ０ ５ ） １ ０ ４
Ｇ 薄膜 两种 结构样 品 。 ａＯ。 由 ＭＯＣ ＶＤ外延 生 长条 件 控 制 以 及 利 用 外 延 片 表 面反射 谱原位 监测 仪对 生长速 度 和外延 片 表面状 况 进行 原位 检测 和监 控 可知 ，ｎ Ｇａ ／ 。结构 中 的 ＩＮ／ Ｎ Ａ１ Ｏ
ＩＮ 层 厚 度 约 为 １０ ｍ ， 生 长 两 片 样 品 编 号 为 Ａ１ ｎ ５ｎ 共 和 Ａ２ 其 中 光 学 显 微 镜 观 察 发 现 Ａ２样 品 表 面 较 粗 ，
生 了一 个 强 的 吸 收 峰 ， 则 可 能 与 Ｇａ 层 在 ３ ０ ｍ 这 Ｎ ６ｎ
２ 实 验
实 验 样 品 利 用 ＭＯＣ ＶＤ 技 术 在 （ ０ １ 晶 向 的 蓝 ００）
宝石 衬底 上先 外延 生长 Ｇａ 层 ， 故 意掺 杂 的背 景载 Ｎ 非 流 子浓度 约为 ５ ０ ｃ 其 上分别 ＭＯ ＶＤ再生 ×１ ¨ ｍ＿ ； ＶＣ
摘 要 ： 对 Ｉ Ｎ／ Ｎ／ 。 ｎ Ｇａ Ａ１Ｏ。和 Ｇａ Ｏ。 Ｇａ Ａｌ（。 ／ Ｎ／ ２）
有重要 指导 意义 。
多层 膜 结 构 进 行 了 椭 圆偏 振 光 谱 研 究 。 所 有 Ｇ Ｎ 样 ａ 品 均 采 用 ＭＯＣ ＶＤ 工 艺 在 蓝 宝 石 （ 。 衬 底 上 生 长 Ａｌ ） Ｏ
膜 测 量 一 直 是 椭 偏 测 试 的研 究 热 点 ＿ ］ 】 。
糙 ； Ｎ上 的 Ｇ ： 。 Ｇａ ａ ０ 薄膜 生长 速率 约为 ２ ｎ ｈ 氧化 ０ ｍ／ ，
时 间 为 ３ ｍｉ ０ ｎ和 ２ ， 品 编 号 分 别 为 Ａ３和 Ａ４ ｈ样 。
椭 圆偏 振 光 谱 实 验 在 德 国 Ｓ Ｎ Ｃ 公 司 生 产 Ｅ ＴＥ Ｈ
３ １ 椭 偏 测 试 原 理 和 测 试 模 型 ．
目前 ， 内 外 对 Ｇａ 外 延 膜 的 椭 偏 测 试 分 析 已 做 了 大 国 Ｎ 量 的研 究 ［ ］ ｎ 由 于 其 低 于 １ 的 带 隙 宽 度 ， Ａｌ ３ 。ＩＮ “ Ｖ 与
将偏 振角 固定在 ４ 。固定波 长选 为 ６ ２ ８ ｍ。 ５， ３． ｎ
ຫໍສະໝຸດ Baidu
３ 结 果 与 讨 论
的 Ｓ ８ ０型 椭 圆 偏 振 仪 上 进 行 ， 源 为 ＨｅＮｅ激 光 ， Ｅ５ 光 — 测试 波 长 范 围 为 ３０ ８０ ｍ， 斑 直 径 约 为 ４ ０ ～ ０ｎ 光 ｍｍ。
Ｇ Ｎ 作为 第三代 宽禁 带 半 导体 材 料 ， 折 射 率 和 ａ 其 消光 系数 色散关 系 的研究对 其 器件尤 其 是紫 外红 外 复 合探 测器 和微 波 功率 器 件 的研 制 有 十分 重要 的 意义 。
型 可 使 拟 合 结 果 更 为 准 确 ； 对 于 Ｇａ 单 层 膜 结 构 ， 相 Ｎ
Ｉ Ｎ 薄膜使 其 下面的 Ｇ Ｎ 层 折射 率 明 显增 大 ， ｎ ａ 这应 与 界 面 层 态 密度 有 关 ； 在 ３ ０ ４ ０ ｍ 测 试 范 围 内， 而 ０ ～ ０ｎ
ＧａＯ 折射 率 出现反 常 色散 现 象 ，ｎ 消光 系数 亦产 ：。 ＩＮ
利 用 Ｓ ８ ０反 射 型 椭 偏 光 谱 仪 ， 用 多 层 膜 模 Ｅ５ 采
型 ， Ｇ Ｎ 外 延 层 上 ＭＯＣ Ｄ 生 长 的 ＩＮ（ Ｏ ７ 对 ａ Ｖ ｎ Ｅ ≈ ． ～
０ ８ Ｖ） 膜 和 热 氧 化 生 长 的 ＧａＯ （ ４ ２ ５ ４ ．ｅ 薄 。 。 Ｅ ≈ ． ～ ． ｅ 薄 膜 的厚 度 、 射 率 和表 面粗 糙 度 等进 行 了研 究 。 Ｖ） 折 通 过拟合 结 果 ， 到 了 ３ ０ ８ ０ ｍ 的 波 长 范 围 内各 得 ０ ～ ０ｎ 层 薄膜 的折射 率 色 散关 系 ， 对 测 试结 果 的 准 确性 和 并 膜 层之 间色 散 关 系 的相 互 影 响 进 行 了全 面 的分 析 研
文 章编号 ：０ １９ ３ （０ ０ ０ — ８ ８０ １ ０ — ７ １ ２ １ ） ５０ ７ —３
ｌ 引 言
椭 圆偏 振 法 是 测 量 和 研 究 薄 膜 的 厚 度 、 学 性 质 、 光 界 面粗糙 度 以及材 料 微 结 构 的一 种 偏 光 分 析方 法 ， 由
于其 测量精 度 高 、 无破 坏性 、 境 受 限 小 、 单 易 行 等 环 简 优点 ， 近年 来越 来 越 广 泛地 应 用 于 薄膜 光 学 特 性 的 测 量 当 中。而随着 薄 膜 科 学 的发 展 ， 简单 而 精 确 的 多层
长 ＩＮ 薄 膜 层 和 在 ９ ０Ｃ碳 于 氧 氧 化 工 艺 条 件 下 生 长 ｎ ０ ｏ
左右存在 的 一个 强吸收 （ － ． ｅ 有 关 。 Ｅ － ３ ４ Ｖ） － ＝ ．
关 键 词 ： Ｇ Ｎ ； 圆偏 振 光 谱 ； Ｎ； ２ 。 ａ 椭 Ｉ ｎ ＧａＯ 中 图 分 类 号 ： Ｏ ８ ． ： Ｎ３ ４ ２ ４ ４５ Ｔ ０ ． ３ 文献 标识 码 ： Ａ
究 。
长 范 围内拟合 得 到 了样 品 各 层 厚 度 和 折 射 率 色散 关
系， 并与 Ｇ Ｎ 单层 膜 色散 关 系相 比较 ， 析 了各 层 膜 ａ 分 之 间对 自身 折 射 率 的 影 响 。研 究 结 果 表 明 ， ｎ 和 ＩＮ ＧａＯ 表 面均存在 一 个 粗糙 层 ， 用 有 效介 质 近 似 模 。 采
助
财
抖
２１ 年第５ ４） ００ 期（１ 卷
蓝 宝石 上 Ｇａ 基 多层膜 结构 椭 偏 研 究 Ｎ
杜 江锋 ， 赵金 霞 ， 谦 ， 罗 于 奇 ， 建新 ， 谟 华 夏 杨
（ 电子科 技大学 微 电子 与 固体 电子学 院 电子薄膜 与集成 器件 国家 重点 实验 室 ， 四川 成都 ６ ０ ５ ） １ ０ ４
Ｇ 薄膜 两种 结构样 品 。 ａＯ。 由 ＭＯＣ ＶＤ外延 生 长条 件 控 制 以 及 利 用 外 延 片 表 面反射 谱原位 监测 仪对 生长速 度 和外延 片 表面状 况 进行 原位 检测 和监 控 可知 ，ｎ Ｇａ ／ 。结构 中 的 ＩＮ／ Ｎ Ａ１ Ｏ
ＩＮ 层 厚 度 约 为 １０ ｍ ， 生 长 两 片 样 品 编 号 为 Ａ１ ｎ ５ｎ 共 和 Ａ２ 其 中 光 学 显 微 镜 观 察 发 现 Ａ２样 品 表 面 较 粗 ，
生 了一 个 强 的 吸 收 峰 ， 则 可 能 与 Ｇａ 层 在 ３ ０ ｍ 这 Ｎ ６ｎ
２ 实 验
实 验 样 品 利 用 ＭＯＣ ＶＤ 技 术 在 （ ０ １ 晶 向 的 蓝 ００）
宝石 衬底 上先 外延 生长 Ｇａ 层 ， 故 意掺 杂 的背 景载 Ｎ 非 流 子浓度 约为 ５ ０ ｃ 其 上分别 ＭＯ ＶＤ再生 ×１ ¨ ｍ＿ ； ＶＣ
摘 要 ： 对 Ｉ Ｎ／ Ｎ／ 。 ｎ Ｇａ Ａ１Ｏ。和 Ｇａ Ｏ。 Ｇａ Ａｌ（。 ／ Ｎ／ ２）
有重要 指导 意义 。
多层 膜 结 构 进 行 了 椭 圆偏 振 光 谱 研 究 。 所 有 Ｇ Ｎ 样 ａ 品 均 采 用 ＭＯＣ ＶＤ 工 艺 在 蓝 宝 石 （ 。 衬 底 上 生 长 Ａｌ ） Ｏ
膜 测 量 一 直 是 椭 偏 测 试 的研 究 热 点 ＿ ］ 】 。
糙 ； Ｎ上 的 Ｇ ： 。 Ｇａ ａ ０ 薄膜 生长 速率 约为 ２ ｎ ｈ 氧化 ０ ｍ／ ，
时 间 为 ３ ｍｉ ０ ｎ和 ２ ， 品 编 号 分 别 为 Ａ３和 Ａ４ ｈ样 。
椭 圆偏 振 光 谱 实 验 在 德 国 Ｓ Ｎ Ｃ 公 司 生 产 Ｅ ＴＥ Ｈ
３ １ 椭 偏 测 试 原 理 和 测 试 模 型 ．
目前 ， 内 外 对 Ｇａ 外 延 膜 的 椭 偏 测 试 分 析 已 做 了 大 国 Ｎ 量 的研 究 ［ ］ ｎ 由 于 其 低 于 １ 的 带 隙 宽 度 ， Ａｌ ３ 。ＩＮ “ Ｖ 与
将偏 振角 固定在 ４ 。固定波 长选 为 ６ ２ ８ ｍ。 ５， ３． ｎ
ຫໍສະໝຸດ Baidu
３ 结 果 与 讨 论
的 Ｓ ８ ０型 椭 圆 偏 振 仪 上 进 行 ， 源 为 ＨｅＮｅ激 光 ， Ｅ５ 光 — 测试 波 长 范 围 为 ３０ ８０ ｍ， 斑 直 径 约 为 ４ ０ ～ ０ｎ 光 ｍｍ。
Ｇ Ｎ 作为 第三代 宽禁 带 半 导体 材 料 ， 折 射 率 和 ａ 其 消光 系数 色散关 系 的研究对 其 器件尤 其 是紫 外红 外 复 合探 测器 和微 波 功率 器 件 的研 制 有 十分 重要 的 意义 。
型 可 使 拟 合 结 果 更 为 准 确 ； 对 于 Ｇａ 单 层 膜 结 构 ， 相 Ｎ
Ｉ Ｎ 薄膜使 其 下面的 Ｇ Ｎ 层 折射 率 明 显增 大 ， ｎ ａ 这应 与 界 面 层 态 密度 有 关 ； 在 ３ ０ ４ ０ ｍ 测 试 范 围 内， 而 ０ ～ ０ｎ
ＧａＯ 折射 率 出现反 常 色散 现 象 ，ｎ 消光 系数 亦产 ：。 ＩＮ