氮化鎵基LED外延片的SIMS濺射坑底形貌研究.pdf

1、二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)具有高靈敏度、高分辨率等特點,是目前微電子科學(xué)領(lǐng)域一種不可替代的定量分析手段。用SIMS對半導(dǎo)體材料中微量元素進(jìn)行深度剖析時,被濺射樣品的表面形貌和結(jié)構(gòu)會發(fā)生微觀尺度的變化,進(jìn)而影響測量精度。特別是對具有復(fù)雜多層結(jié)構(gòu)的LED外延片而言,一次離子濺射引發(fā)的表面形貌變化更具有不確定性,迄今鮮有針對性研究。本文以南昌大學(xué)自主研發(fā)的硅襯底氮化鎵基LED外延片為研究對象,利用法國CAMECA公司生產(chǎn)的雙聚焦動態(tài)磁質(zhì)譜儀結(jié)

2、合原子力顯微鏡(AFM)和掃描電子顯微鏡(SEM)等分析手段,研究了經(jīng)SIMS中Cs+離子束濺射后樣品表面形貌變化規(guī)律及其對SIMS測試結(jié)果的影響,對相關(guān)形貌形成機理進(jìn)行了分析,初步探索了SIMS濺射坑底表面形貌與外延片內(nèi)部 V型缺陷密度的相關(guān)性。這些研究為進(jìn)一步解讀和利用SIMS豐富的譜圖信息提供了參考依據(jù),獲得了以下有新意的研究成果:
　　1. SIMS中2 keV的Cs+離子作為一次離子束轟擊GaN外延片表面時,濺射坑底有納

3、米點結(jié)構(gòu)形成,且這些納米點的尺寸隨著濺射深度的增加而增大,但密度變化規(guī)律則相反。經(jīng)SEM和EDS分析,認(rèn)為這些納米點為金屬Ga滴。
　　2.結(jié)合 GaN二元相圖和晶體凝固的成核長大理論,認(rèn)為濺射過程中一方面產(chǎn)生的表面溫升使GaN發(fā)生熱分解,另一方面N元素更易于被擇優(yōu)濺射,這兩方面的作用使得Ga先形成液滴再聚集長大。
　　3.探索了結(jié)合SIMS深度剖析曲線和濺射坑底形貌特征來表征GaN基外延片中V型缺陷密度的新方法。2 keV

4、能量的Cs+離子束轟擊GaN外延片表面時,在對應(yīng)坑底除了納米點的形成,還有凹坑結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。濺射坑底凹坑的形成與GaN外延片內(nèi)部V型缺陷有關(guān),可通過濺射坑表面凹坑密度間接表征GaN外延片中V型缺陷密度。
　　4.比較了不同Cs+離子束轟擊能量下坑底的形貌特征,發(fā)現(xiàn)對表面不含V缺陷的GaN基外延片,在15 keV高能量離子束濺射后,坑底表面平整,無納米點等特殊結(jié)構(gòu)的形成,而對于表面具有V缺陷的GaN外延片,其濺射后坑底表面出現(xiàn)了納米點