氮化镓基LED材料的二次离子质谱定量分析研究

SIMS with excellent detection limits and high depth resolution is a key tool for LED based on GaN, which can apply matrix composition analysis, doping control and pollution characterization. However, due to the complex multilayer structures, SIMS quantitative analysis is challenging because of matrix effects and energy shift. .We intend to focus on the matrix effects and energy shift. By design and sample preparation, matrix composition analysis, SIMS study and theoretical analysis, study the effect of matrix components, doping and heterojunction on secondary ion yield and energy distribution, and characterize the mechanism of band structure in SIMS analysis of semiconductor. Combining physical chemistry of materials and mass spectrometry, develop new SIMS quantification method for GaN-based LED materials.

SIMS可以实现高灵敏度、高深度分辨率的深度剖析，在GaN基LED的基体成分分析、掺杂控制、污染表征等方面都发挥着重要作用，是目前国内外该领域众多研究机构和主要大型企业在机理研究、工艺改进和质量提高中所依赖分析手段。然而，由于GaN基LED复杂的多层膜结构，会在深度剖析过程中产生基体效应和能量偏移，使得用SIMS很难同时实现对不同异质结层的准确定量分析。. 本项目拟围绕基体效应和能量偏移两个问题，通过样品的设计与制备、基体组分表征、SIMS测试与理论分析，研究基体组分、掺杂、异质结对二次离子产额及能量分布的影响，分析半导体能带结构在SIMS表征中的作用机理。通过材料物理化学和质谱分析相结合，探索针对GaN基LED材料的SIMS定量表征新技术。

SIMS在GaN基LED的基体成分分析、掺杂控制、污染表征等方面都发挥着重要作用，是目前国内外该领域众多研究机构和主要大型企业在机理研究、工艺改进和质量提高中所依赖重要分析手段。GaN基LED复杂的多层膜结构，会在深度剖析过程中产生基体效应和能量偏移，对SIMS的准确定量分析提出更高的要求。. 在本项目的支持下，我们围绕基体效应及能量偏移，制备不同组分的AlxGa1-xN样品，分析在AlxGa1-xN的SIMS测试中各种二次离子产额与Al组分的关系，确定CsAl+、CsGa+作为表征依据；制备p型和n型GaN材料，分析SIMS分析中的二次离子性质，发现由于一次离子对样品表面的溅射作用，在样品表面一定区域内处于非晶状态，因而在p型和n型掺杂GaN材料的SIMS分析中，二次离子能量零点和分布并不随掺杂类型的改变而变化；发现在异质结构中二次离子能量分布曲线与异质结前后并无明显差异，但是其零点在异质结前后会有显著的变化。除计划内的研究工作还开发了SIMS对V形坑的表征方案并对InGaN的深度分辨率进行的研究。