呈现3D共聚焦拉曼成像测量III族氮化物的结果

结构化基材越来越多地用于半导体研究。在满足器件质量和可靠性上获得对装置结构的固有菌株和结晶性能的洞察力。X射线衍射通常用于分析应变状态，晶格常数，层结构的膜厚度和扫描电子显微镜（SEM）用于分析结构中的表面和缺陷，以获得关于增长历史的知识。

本文介绍了3D共聚焦拉曼成像测量的结果，它通过揭示信号的变化提供有关应变的信息和晶格结构的变化。

样品描述和实验程序

分析的样品是由金属有机气相外延（MOVPE）生长的20μm厚的无意掺杂GaN层，并通过氢化物气相外延（HVPE）在C平面图案化的蓝宝石衬底（PSS）上的Ubsepteent过度生长。I-Lime梁步进器光刻用于利用KMPR 1000负光致抗蚀剂和离子耦合等离子体（ICP）蚀刻来绘制蓝宝石衬底。在分析的蜂窝状结构具有12μm间距，3.5μm的脊宽，沟槽深度为4.5μm。

一个Alpha300R +共焦拉曼显微镜配备有频率 - 双Nd：用于激发的YAG激光器（λ= 532nm）用于样品分析。使用单模光纤将光耦合到显微镜中，并且使用二向色镜和100x Na 0.9空气物镜将光与样品中的光。边缘滤波器用于滤除检测光束路径中的瑞利散射光。为了在不影响收集效率的情况下实现良好的深度分辨率，使用50μm的芯直径纤维作为共聚焦针孔。

然后将光进入UHTS300光谱仪，其具有1800g / mm光栅（BLZ 500nm）和EMCCD相机。使用压电扫描阶段来实现样品的XY定位，通过步进电机具有优异的聚焦控制（10nm单步）。将拉曼光谱沿着样本的有趣轴收集为深度扫描（扫描面积为60x20μm的240x80点²），如图1和2所示。

图1。使用100倍目标获取的样品的缝合图像。红色方形显示了图2中所示的高分辨率视频图像的位置。

图2。景观感兴趣的领域。堆栈扫描的区域以绿色显示，红线显示单个深度扫描的位置。

另外进行3D堆栈扫描（180x45x20点，扫描体积为60x15x20μm^3.）。对于每个扫描，使用20ms /频谱的采集时间在每个像素处收集频谱。利用该方法提取和呈现与光谱相关的信息并呈现为颜色编码拉曼图像Witec Project Plus数据分析软件。结果允许创建横跨样本体积的拉曼特征的3D图像。

实验结果

分析样品中不同光谱特征

可以使用深度扫描在样品中检测到三个区域。图3示出了具有与图4所示的颜色有关的光谱的假彩色拉曼图像。光谱显示了洋红色区域中GaN光谱的特征。可以在绿色区域中观察到增强的荧光，这与脊的边缘相一致。

图3。沿图2中所示的红色扫描执行的深度扫描的颜色编码拉曼图像。品红色，红色和绿色区域对应于图4所示的光谱。

如在图4的绿色光谱中可以看出，荧光主要定位在光谱的低波数范围内。结构中的孔正面定位在红色区域下方。由于空气（〜1）和GaN（2.45）之间的折射率差异，结构的高度似乎减小。

图4。与图5中所示的拉曼图像相对应的颜色编码拉曼光谱。在缩放视图中省略了绿色频谱以清楚起见。

红色区域可以光谱特征，其显着降低峰的强度接近于735 rel.1 / cm，但在该峰的高波纹侧具有宽峰（图4）。这种峰值偏移和展大可能表明材料具有较低的晶体质量。在这些位置的非C平面生长中包含污染物可以提供耦合的非平面光学声子A1（LO）⁺或a1（l）⁺。

图5描绘了从堆栈扫描中提取的一层，其中特征频谱特征在与早期图像中的相同的颜色码中呈现。显而易见的是，荧光（绿色区域）的位置位于脊的壁上，并且735 rel.i / cm峰值（红色区域）的下强度的区域位于孔的内部。结构中的蜂窝状孔精确地位于红色区域下方，黄色是红色和绿色区域的组合。

图5。从堆栈扫描提取的单个平面的颜色编码拉曼图像。品红色，红色和绿色域对应于图4所示的光谱。

以相同的方式分析在图像堆栈中捕获的层，并以图5所示的层的相同方式分析，并使用图像J软件集成到3D重建中。图6描绘了重建的3D结构的3D视图。如图5所示，可以在孔的位置清楚地确定荧光的位置和较弱的735 Rel.1 / cm峰值的位置。

图6。颜色编码的3D拉曼图像的结构。颜色再次对应于图4中所示光谱的颜色。

峰值换档分析

使用上述结果进行光谱的峰值移位分析。对于该分析，使用Lorentzian曲线将峰值靠近每个扫描中的每个光谱的峰值接近570rel.1 / cm。这有助于使用0.02rel.1 / cm的典型不确定度来确定拉曼峰的位置。图7示出了深度扫描的该峰的位置，图8示出了示出峰值偏移的两个代表性光谱。

图7。使用深度扫描测量的结构的颜色编码峰值图像。主峰的偏移显示在此图像中。

图8。光谱示出了峰值偏移。数据点以及拟合曲线以与图7对应的颜色显示。

图9描绘了从堆叠扫描提取的一个平面中的样品内的分布，显示各个域。然而，单个平面中的这些离散图像不充分，以利用关于样品中的峰值偏移和所得应变分布的信息。利用由堆栈扫描获取的整个数据执行3D重建，可以实现更清晰的分析。

图9。从一层堆叠扫描中提取的结构的颜色编码峰值图像。主峰的偏移显示在此图像中。

图10展示了这种3D分布，随着绿色再次显示的较低波数，并转移到以红色表示的更高波线。下面的图像是刚在孔上方的平面附近的峰值的强度，并将应力场的空间关联与孔的位置相结合。可以清楚地看出，应力场主要从界面传播到表面上的表面状结构，其在样品的2D图像中尚不清楚。

图10。压力领域的3d视图。底部平面中的图像显示在定向所在的位置处的峰值附近的峰值靠近的735rel.1 / cm。

结论

结果清楚地证明了使用的优点3D共聚焦拉曼成像研究III族氮化物。

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