应用分享 | 倒易空间图谱(RSM)在单晶薄膜研究中的应用（XRD）

应用普遍的老一代半导体硅(Si)由于价格优势，在2016年已经占据半导体市场的98%。但随着器件的应用环境和场景越来越多元化，研究者对半导体材料研究不断深入，禁带宽度更宽、电子亲和能更低、临界击穿电场更高的第二代第三代甚至“第四代”超宽禁带半导体类材料应运而生，并逐渐出实验室，走向工业化，走向终端消费者。布鲁克高级系列衍射仪(D8 Discover)一直致力于推进研究中单晶薄膜结构的精细分析，并协助研究者将结果与器件性质结合，助力半导体事业发展。

对于单晶薄膜表征来说，通常会使用Rocking curve扫描模式来获得晶体的结晶质量，通过2theta-omega扫描结合模拟软件进而可以进一步分析衬底和薄膜的晶胞参数相对变化关系。另外，研究者们习惯上会通过倒易空间图谱(RSM)来判断外延层的弛豫情况。本文分享了RSM谱图在AlGaN基深紫外发光LED领域的应用案例[1]。
1）背景AlGaN基深紫外发光二极管（DUV-LEDs）在水净化、杀菌、生化传感、非视距通信等领域具有广阔的应用前景。由于极化场极大降低，半极性III族氮化物在光电器件应用中引起了越来越多的关注。需要开发了一种多步骤原位界面改性技术，以实现高质量的半极性氮化铝模板生长和原位处理，并消除后生长AlGaN层中的层错。
2）难点在AlN模板中存在严重的晶格畸变和强烈的压缩应变，薄膜与衬底面外取向存在夹角，每层薄膜取向差各不相同，面内呈各向异性(图1)。
3）解决方案通过某一非对称面方位角重新定位了半极性面的零度方位角，确定了薄膜与衬底的夹角，收集了AlN模板的倒易空间分布图。调整合适的测试策略，以获取足够大的图谱，使测试结果范围能覆盖AlN模板与蓝宝石衬底的晶格差。得到半极性AlGaN基DUV-LEDs完整的倒易格点信号(图2)。
4）成效

本研究建立了一种无损精细化表征化合物半导体结构层质量、组分和应变程度的方法。

▲图1 半极性面外延取向差示意图

▲图2 沿<11-23 >测量半极性AlGaN基DUV-LEDs的(a) RSM图，(b) RSM 渲染图-沙漠之眼

小编附：一定程度上去理解基础理论，能很好的辅助实验设计，更快速发文章。同时，快速RSM不再是传统一维XRD曲线，新硬件配置下2min即可获得一张二维图谱，缩短测试时间的同时也会让枯燥的研究工作“看”起来更有趣。发挥想象，也欢迎投稿有趣的作品。

参考文献：

[1] CHEN L ,SUN J ,GUO W , et al.Multi-step in situ interface modification method for emission enhancement in semipolar deep-ultraviolet light emitting diodes[J].Photonics Research,2022,10(12):2778-2785.

-转载于《布鲁克X射线部门》公众号