氮化镓材料中Fe杂质浓度的测量方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种氮化镓材料中fe杂质浓度的测量方法。

背景技术：

fe杂质作为一种深能级受主杂质，对gan材料的光电性能具有重要的影响。半绝缘氮化镓材料一般都是通过在氮化镓材料内部掺入fe杂质来实现的。由于fe掺杂gan具有电阻率高、寄生电容小、击穿电压高、热导率高等优点，在5g通讯、相控阵雷达、智能电网、电动汽车、轨道交通、光伏发电等领域得到了广泛的应用。

对fe掺杂氮化镓来说，fe杂质浓决定了gan材料的电阻率、载流子浓度、迁移率、寄生电容、发光强度、吸收特性等，因此是gan材料的核心参数。目前fe杂质浓度主要是通过二次离子质谱(sims)方法测量，但这种测试方法是破坏性的，测量之后的gan材料无法再次进行使用。而且sims具有测试成本高、测试周期长等缺点。而在fe掺杂gan材料、器件的生产过程中，为了保证性能的稳定性，需要对每一片fe掺杂gan的fe杂质浓度进行测量，因此迫切需要一种无损的、快速的、成本低廉的fe杂质浓度检测方法。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种氮化镓材料中fe杂质浓度的测量方法，以克服现有技术中存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种氮化镓材料中fe杂质浓度的测量方法，其包括如下步骤：

s1、对待测量的氮化镓材料进行预处理；

s2、测量经过预处理的氮化镓材料的透射光谱；

s3、根据测量得到的透射光谱，拟合出氮化镓材料的吸收边位置；

s4、根据fe杂质浓度与吸收边位置的关系计算氮化镓材料中fe杂质浓度。

作为本发明的氮化镓材料中fe杂质浓度的测量方法的改进，对待测量的氮化镓材料进行预处理具体包括：对氮化镓材料的相对的两个面进行打磨处理，使两个面的粗糙度应小于100nm。

作为本发明的氮化镓材料中fe杂质浓度的测量方法的改进，在常温常压的条件下，测量经过预处理的氮化镓材料的透射光谱。

作为本发明的氮化镓材料中fe杂质浓度的测量方法的改进，测量经过预处理的氮化镓材料的透射光谱所采用的装置包括光源和光谱仪。

作为本发明的氮化镓材料中fe杂质浓度的测量方法的改进，测量经过预处理的氮化镓材料的透射光谱所采用的装置为分光光度计。

作为本发明的氮化镓材料中fe杂质浓度的测量方法的改进，拟合出氮化镓材料的吸收边位置具体包括：通过tauc方法拟合出(α×hν)²～hν的曲线，该曲线的切线与横坐标的交点即为吸收边位置。

作为本发明的氮化镓材料中fe杂质浓度的测量方法的改进，所述光源的发光波长的范围是260nm～700nm，装置对应的探测范围是260nm～700nm。

作为本发明的氮化镓材料中fe杂质浓度的测量方法的改进，所述测量方法适于氮化镓单晶材料和生长于异质基底上的氮化镓复合材料。

作为本发明的氮化镓材料中fe杂质浓度的测量方法的改进，所述测量方法适于氮化镓材料中fe杂质浓度在(5×10¹⁷～1×10²⁰)cm^-3之间的测量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的氮化镓材料中fe杂质浓度的测量方法采用透射光谱测量的方法来测量氮化镓材料内部的fe杂质浓度，避免了常规测试方法对氮化镓材料造成的损害问题，并且具有测试设备简单、测试速度快、测试成本低等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为吸收边与fe掺杂浓度之间的标准关系曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的测量方法既适于氮化镓单晶材料中fe杂质浓度的测量，也适于生长于异质基底上的氮化镓复合材料中fe杂质浓度的测量。同时，所述测量方法适于氮化镓材料中fe杂质浓度在(5×10¹⁷～1×10²⁰)cm^-3之间的测量。

本发明的氮化镓材料中fe杂质浓度的测量方法包括如下步骤：

s1、对待测量的氮化镓材料进行预处理；

s2、测量经过预处理的氮化镓材料的透射光谱；

s3、根据测量得到的透射光谱，拟合出氮化镓材料的吸收边位置；

s4、根据fe杂质浓度与吸收边位置的关系计算氮化镓材料中fe杂质浓度。

在示例性的实施例中，进行预处理的目的在于，使得氮化镓材料适于后续透射光谱的测量，因此应当要求氮化镓材料的表面应当较为光滑。本实施例中，对待测量的氮化镓材料进行预处理具体包括：对氮化镓材料的相对的两个面进行打磨处理，使两个面的粗糙度应小于100nm。

在示例性的实施例中，在常温常压的条件下，测量经过预处理的氮化镓材料的透射光谱。具体而言，进行透射光谱测量时，通过对氮化镓材料进行光照，并借助光谱仪分析其透射情况。因此，测量经过预处理的氮化镓材料的透射光谱所采用的装置包括光源和光谱仪。其中，所述光源的发光波长的范围是260nm～700nm，装置对应的探测范围是260nm～700nm。本实施例中，所采用的装置为分光光度计。

在示例性的实施例中，拟合出氮化镓材料的吸收边位置具体包括：通过tauc方法拟合出(α×hν)²～hν的曲线，该曲线的切线与横坐标的交点即为吸收边位置。这种测量方法基于透射光谱的测量技术，因此属于无损检测，可以应用于生产工序的各个过程中，简单易行。

在示例性的实施例中，根据fe杂质浓度与吸收边位置的关系计算氮化镓材料中fe杂质浓度，其中fe杂质浓度与吸收边位置的关系是指吸收边与fe掺杂浓度之间的标准关系曲线(如图1所示)。

综上所述，本发明的氮化镓材料中fe杂质浓度的测量方法采用透射光谱测量的方法来测量氮化镓材料内部的fe杂质浓度，避免了常规测试方法对氮化镓材料造成的损害问题，并且具有测试设备简单、测试速度快、测试成本低等优点。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。