氮化镓/硅功率电子元件晶圆温度的精确测量



氮化镓/硅功率电子元件晶圆温度的精确测量

硅基氮化镓（GaN/Si）元件的制作工艺中，金属氧化物化学汽相沉积（MOCVD）过程的温度测量难度较高。理论上，传统红外线高温计可以满足要求，硅基可以吸收整个沉积生长相关温度范围内的全部红外线。然而在工业应用中，反馈控制和统计过程控制（SPC）精度都会受到一种人为因素的影响。

来自马格德堡（Otto-von-Guericke University of Magdeburg）的研究团队此前一直在寻求解决方案。研究发现，无论红外线高温计的性能多么强大，振荡总会产生。原因在于两种现象复杂的相互作用：一方面，红外透明氮化镓/氮化铝镓应力层与缺陷缓冲层叠；另一方面硅基晶圆发出的热红外辐射穿过沉淀生长结构。为此，他们采用了一种波长在Si/Al- GaN/GaN/LT-AlGaN/GaN结构复合缓冲层不可见范围的高温计。这种LayTex’s UV Pyro 400高温计于多年前开发，用于LED工业蓝宝石生长氮化镓。

在氮化镓生长过程中，UV高温计给出的晶圆温度信号非常稳定且无振荡。氮化镓/氮化镓晶圆对比测试显示，红外线高温计和Pyro 400校准良好，在理想平整光滑氮化镓/氮化镓晶圆表面测得的温度都是相同的。UV高温计显示，硅基氮化镓样品晶圆的真实氮化镓层表面温度比基本平坦的氮化镓/氮化镓晶圆要低～5 K，这是因为EpiCurveTT测量的硅样品有～100 km-1的翘曲。

另外，红外线高温计的剩余振荡信号并非影响最大的人为因素。硅基氮化镓缓冲层内部的红外线热辐射会导致温度信号额外下降约15(!)K，原因在于硅基热红外辐射穿过有严重缺陷的硅基氮化镓界面时会出现强度损失。氮化镓层的Fabry-Perot共振所造成的内部杂散光损失，也会导致红外温度信号震荡。

有关温度震荡根本原因分析的论文将于今年发表。

（翻译：李星悦，审校：张礼怿，赵博）

来源：http://www.compoundsemiconductor.net/article/98840-accurate-wafer-temperature-for-gansi-power-electronics.html