化合物半導体の高分解能X線回折(HR-XRD)測定

アプリケーションノート

はじめに

高解像度 XRD (HR − XRD)は、測定するための周知の方法である。 構図 そして化合物の厚さ 半導体 SiGe、AlGaAs、InGaAs、および他の材料など。

ドーパントまたは不純物が単結晶格子に置換的に添加されると、格子はドーパント原子の存在によって歪む。 例えば、Si格子の場合、Ge原子は格子内のSi原子より大きいので、格子内にGe原子が存在すると圧縮歪みが生じる。 この歪みはSi格子の間隔を変化させ、この間隔の差はHR - XRDによって検出することができる。

考察

図XNUMXは、Si上のXNUMXnm SiGe層のような、圧縮歪みを有する一般的な構造からの理論的なHR − XRDスキャンである。 XNUMX度での鋭いピークは、基板内のSi格子からのものである。 より大きなGe原子の存在は、SiGe層内のSi原子をさらに離間させ、回折ピークをより低い角度(基板ピークの左側)にシフトさせる。 XNUMXnm SiGe層の薄さのために、SiGe層からの回折ピークは、Si基板からの回折ピークよりはるかに広い。 そのような薄層では、回折信号を生成するために利用可能な整列した原子の数行だけがあるので、X線はSi基板からの回折と比較して(比較的)広い角度にわたって回折する。回折信号を生成します。 構造が引っ張り歪みを受けている場合、Si原子は基板中のものよりも互いに間隔を空けて配置され、層のピークは基板ピークの右側にシフトするであろう。 「厚さ縞」と呼ばれる追加のピークは、SiGe層とSi基板との間の界面から反射されたX線からの建設的干渉によるものである。 これはのために使用されているのと同じ信号です。 X線反射率(XRR) ひずみ層の厚さを決定するために使用することができます。

エピタキシャルSiGe構造からの典型的なHR-XRDスキャン

このメソッドは、 構図 ひずみ 図XNUMXは、Si上のXNUMXnmのSi上のXNUMXnmのSiからなる2つのサンプルからの理論的なHR − XRDスキャンである。 ある場合には格子内に2%Geがあり、他の場合には30%Geがあります。 HR-XRDは、これら2つの構造の違いを簡単に解決できるだけでなく、厚さのフリンジから層の厚さを判断できます。 さらに、高度なモデリングにより、傾斜SiGe層などのフィーチャを正確に記述できます。 AlGaAs、InGaAs、InGaN等のような多種多様なエピタキシャル材料をHR − XRDで測定することができる。典型的にはXRDはXNUMX原子%の範囲内でこのような層の組成を決定することができる。全てのドーパントが格子内に存在すること。 ドーパントまたは不純物が本質的に侵入型である場合、それらは格子間隔に影響を及ぼさないのでそれらはHR-XRDによって検出されないであろう。 また、HR-XRDは実際にはドーパントを同定しないので、既知の構造の測定にのみ使用されるべきであり、これらの構造中の未知の種を同定するために使用されるべきではない。

HR-XRDは、SiGe組成/厚さのわずかな違いを解決できます。

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