CN113640328A - 基于x射线的AlGaN层Al组分测定方法 - Google Patents

基于x射线的AlGaN层Al组分测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于x射线的AlGaN层Al组分测定方法，包括如下步骤：S1、对GaN的(114)晶面进行XRD的2θ‑ω扫描，计算AlGaN(114)晶面的面间距测量值d测；S2、对AlGaN层中的Al组分x进行赋值，计算不同x值下AlGaN(114)晶面的面间距计算值d计；S3、输出与面间距测量值d测偏差最小的面间距计算值d计及其对应的x值。不需要利用RSM图测定驰豫度的情况下，通过扫描受双轴应力影响较小的(114)晶面的2θ曲线，就能较为准确的测定AlGaN层中Al组分，能够减少测试时间，同时提高测试效率。

Description

基于x射线的AlGaN层Al组分测定方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，更具体地，本发明涉及一种基于x射线的AlGaN层Al组分测定方法。
背景技术
倒易空间(RSM)扫描，可以反映材料的晶面间距、迟豫度、倾斜等信息，准确地反映了样品中的细微结构变化，是一种理想的Al组分测试方法。但是该扫描方式费时，需要进行多次的ω-2θ扫描。
现有AlGaN层Al组分测定方法是对GaN材料的(104)晶面RSM扫描和(002)晶面ω-2θ扫描通过(104)晶面的RSM扫描数据确定平均迟豫度，提高了(002)晶面ω-2θ扫描数据测试Al组分的准确性。现有Al组分测定方法存在测量步骤繁琐，且扫描耗时较长的问题。
发明内容
本发明提供一种基于x射线的AlGaN层Al组分测定方法，旨在降低扫描时间，以提高测试效率。
本发明是这样实现的，一种基于x射线的AlGaN层Al组分测定方法，所述方法具体包括如下步骤：
S1、对GaN的(114)晶面进行XRD的2θ-ω扫描，计算AlGaN(114)晶面的面间距测量值d测；
S2、对AlGaN层中的Al组分x进行赋值，计算不同x值下AlGaN(114)晶面的面间距计算值d计；
S3、输出与面间距测量值d测偏差最小的面间距计算值d计及其对应的x值。
进一步的，AlGaN(114)晶面的面间距测量值d测的获取方法具体如下：
S11、从2θ-ω扫描曲线中读取AlGaN(114)晶面的布拉格角；
S12、将布拉格角代入布拉格公式，得到AlGaN(114)晶面的面间距测量值d测。
进一步的，AlGaN(114)晶面下的面间距计算值d计具体如下：
S21、计算不同x值对应的AlGaN的晶格常数a和c；
S22、基于AlGaN的晶格常数a和c计算AlGaN(114)晶面的面间距计算值d计。
进一步的，AlGaN的晶格常数a和c的计算公式具体如下：
a＝xaAlN+(1-x)aGaN
c＝xcAlN+(1-x)cGaN
其中，x表示AlGaN层中的Al组分；
aAlN、cAlN是AlN的晶格常数，分别为
Figure BDA0003209215910000022
和
Figure BDA0003209215910000023
aGaN、cGaN是GaN的晶格常数，分别为
Figure BDA0003209215910000025
和
Figure BDA0003209215910000024
进一步的，AlGaN(114)晶面下的面间距计算值d计的计算公式具体如下：
Figure BDA0003209215910000021
其中，a和c为AlGaN的晶格常数；h、k、l为AlGaN(114)晶面的米勒指数。
本发明提供的AlGaN层Al组分测定方法在不需要利用RSM图测定驰豫度的情况下，通过扫描受双轴应力影响较小的(114)晶面的2θ曲线，就能较为准确的测定AlGaN层中Al组分，能够减少测试时间，同时提高测试效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的样品的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的基于x射线的AlGaN层Al组分测定方法流程图；
图3为本发明实施例提供的AlGaN(114)晶面的2θ-ω扫描曲线图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
在GaN材料的晶面组中选择衍射强度大且面间距受双轴应力影响小的衍射晶面，通过对该晶面做2θ-ω扫描，测定AlGaN层的Al组分，该测定方法的测试流程如图2所示，该测试方法包括如下步骤：
S1、对GaN材料的非对称面(114)晶面进行XRD的2θ-ω扫描，计算AlGaN(114)晶面的面间距测量值d测，其计算方法具体如下：
S11、从2θ-ω扫描曲线中读取AlGaN(114)晶面的布拉格角；
S12、将布拉格角θ代入布拉格公式2d测sinθ＝λ，其中，λ为x射线的波长，
Figure BDA0003209215910000031
得到AlGaN(114)晶面的面间距测量值d测。
S2、对AlGaN层中的Al组分x进行赋值，计算不同x值下AlGaN(114)晶面的面间距计算值d计；
S21、计算不同x值对应的AlGaN的晶格常数a和c，其计算方法具体如下：
a＝xaAlN+(1-x)aGaN
c＝xcAlN+(1-x)cGaN
其中，x表示AlGaN层中的Al组分；aAlN、cAlN是AlN的晶格常数，分别为
Figure BDA0003209215910000042
和
Figure BDA0003209215910000043
aGaN、cGaN是GaN的晶格常数，分别为
Figure BDA0003209215910000044
和
Figure BDA0003209215910000045
S22、基于AlGaN的晶格常数a和c计算AlGaN(114)晶面的面间距计算值d计，其计算公式具体如下：
Figure BDA0003209215910000041
其中，a和c为AlGaN的晶格常数；h、k、l为AlGaN(114)晶面的米勒指数。
图1示出了一个示例性的样品的结构图，该样品包括单晶衬底1、在单晶衬底1上依次生长的AlN过渡层2，AlGaN过渡层Ⅰ3，AlGaN过渡层Ⅱ4，AlGaN过渡层Ⅲ5，在AlGaN过渡层Ⅲ5上生长的GaN高阻层6，单晶衬底1为6寸Si单晶片，晶面(111)±0.2度，定位边晶面(110)。
本发明使用的设备为Bruker UK Limited生产的JV-Delta-X型高分辨x射线衍射仪。所述高分辨衍射仪设有Cu靶x射线源、探测器、载台。所述x射线入射方向平行于Si单晶衬底的(110)晶面。所述x射线光源和探测器转动范围为-5°-95°。载台设有5个转动轴，分别为Phi轴、Chi轴、X轴、Y轴和Z轴。ω轴和2θ轴垂直于x射线入射光束和x射线探测器组成的平面。AlGaN层的Al组分测定方法具体包括如下步骤：
对GaN(114)晶面对光，具体过程包括：转动ω和2θ轴至GaN掠出射角度位置，phi轴转动30°，优化ω、2θ、phi以及chi角，使得衍射强度达到最强。然后对GaN高阻层非对称面(114)晶面进行2θ-ω扫描，2θ-ω扫描参数设置：扫描步长0.01°，扫描范围：99-106°，计数时间：0.3sec，扫描总时长为5min，得到图3所示的2θ-ω曲线。
本步骤以GaN材料得出(114)晶面为测量晶面，相比扫描GaN材料的(205)晶面而言，扫描角度能减少7°，此外，(205)晶面为高指数晶面，ω角为105°，超过普通设备测量范围。
从2θ-ω曲线中读取AlGaN过渡层Ⅰ、AlGaN过渡层Ⅱ及AlGaN过渡层Ⅲ的布拉格角，分别用θ1、θ2及θ3。
将测得的布拉格角θ1、θ2及θ3分别代入布拉格公式，得到(114)晶面的面间距d1、d2及d3，布拉格公式具体如下：
d＝λ/2sinθ
其中，x射线的波长λ为
Figure BDA0003209215910000052
以设定的步长对AlGaN过渡层Ⅰ中的Al组分x进行赋值，x1、x2、…、xn，计算不同x值下AlGaN(114)晶面的面间距计算值d计，其计算过程具体如下：
计算不同x值对应的AlGaN的晶格常数a和c，其计算方法具体如下：
a＝xaAlN+(1-x)aGaN
c＝xcAlN+(1-x)cGaN
其中，x表示AlGaN层中的Al组分；aAlN、cAlN是AlN的晶格常数，分别为
Figure BDA0003209215910000053
和
Figure BDA0003209215910000054
aGaN、cGaN是GaN的晶格常数，分别为
Figure BDA0003209215910000055
和
Figure BDA0003209215910000056
基于AlGaN的晶格常数a和c计算AlGaN(114)晶面的面间距计算值d计，其计算公式具体如下：
Figure BDA0003209215910000051
其中，a和c为AlGaN的晶格常数；h、k、l为AlGaN(114)晶面的米勒指数。
最后输出与面间距测量值d测偏差最小的面间距计算值d计及其对应的x值。
通过上述方法可以测定AlGaN过渡层Ⅱ及AlGaN过渡层Ⅲ中的x成分，因此，本发明提供的AlGaN层Al组分测定方法适用于单AlGaN层及多AlGaN层的Al组分测定，此外，本发明的测试方法不限于实施案例中描述的样品，可以适用于任何衬底上生长的至少一层AlGaN层Al组分的测定，。
本发明提供的AlGaN层Al组分测定方法在不需要利用RSM图测定驰豫度的情况下，通过扫描受双轴应力影响较小的(114)晶面的2θ曲线，就能较为准确的测定AlGaN层中Al组分，能够减少测试时间，同时提高测试效率。
为了更好地说明本测试方法的测试效果，采用背景技术中所记载的测试方法(即现有的Al组分测试方法)进行测试，样品测试结果参考下表1；
Figure BDA0003209215910000061
表1测试结果对比表
由表1可以看出，本发明提供的Al组分测试方法的与现有测试方法的测试结果基本相同，但本发明提供的Al组分测试方法的实测时间短，测试效率高。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于x射线的AlGaN层Al组分测定方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
S1、对GaN的(114)晶面进行XRD的2θ-ω扫描，计算AlGaN(114)晶面的面间距测量值d测；
S2、对AlGaN层中的Al组分x进行赋值，计算不同x值下AlGaN(114)晶面的面间距计算值d计；
S3、输出与面间距测量值d测偏差最小的面间距计算值d计及其对应的x值。
2.如权利要求1所述基于x射线的AlGaN层Al组分测定方法，其特征在于，AlGaN(114)晶面的面间距测量值d测的获取方法具体如下：
S11、从2θ-ω扫描曲线中读取AlGaN(114)晶面的布拉格角；
S12、将布拉格角代入布拉格公式，得到AlGaN(114)晶面的面间距测量值d测。
3.如权利要求1所述基于x射线的AlGaN层Al组分测定方法，其特征在于，AlGaN(114)晶面下的面间距计算值d计具体如下：
S21、计算不同x值对应的AlGaN的晶格常数a和c；
S22、基于AlGaN的晶格常数a和c计算AlGaN(114)晶面的面间距计算值d计。
4.如权利要求3所述基于x射线的AlGaN层Al组分测定方法，其特征在于，AlGaN的晶格常数a和c的计算公式具体如下：
a＝xaAlN+(1-x)aGaN
c＝xcAlN+(1-x)cGaN
其中，x表示AlGaN层中的Al组分；
aAlN、cAlN是AlN的晶格常数，分别为
Figure FDA0003209215900000022
和
Figure FDA0003209215900000023
aGaN、cGaN是GaN的晶格常数，分别为
Figure FDA0003209215900000024
和
Figure FDA0003209215900000025
5.如权利要求3所述基于x射线的AlGaN层Al组分测定方法，其特征在于，AlGaN(114)晶面下的面间距计算值d计的计算公式具体如下：
Figure FDA0003209215900000021
其中，a和c为AlGaN的晶格常数；h、k、l为AlGaN(114)晶面的米勒指数。
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